一種用附加透鏡標(biāo)定不可見光透射光學(xué)系統(tǒng)焦面的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)檢測領(lǐng)域，具體涉及一種確定不可見光透射光學(xué)系統(tǒng)焦面位置的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]一般單純的不可見光透射光學(xué)系統(tǒng)(例如近紫外和近紅外波段)不與可見光消色差，例如消球差單透鏡，在標(biāo)定系統(tǒng)焦面位置的時候目前通常根據(jù)可見光焦點推算所使用的不可見光波段下的焦面位置，標(biāo)定出焦面位置的誤差較大，對于焦深較小、像質(zhì)要求較高的光學(xué)系統(tǒng)，更難以滿足焦面標(biāo)定的要求。在具體實施的過程中還需要保證焦面組件與光軸的同心度和軸向位置度，操作難度大、效率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明提出了一種使用附加透鏡和單色可見光，利用光學(xué)設(shè)計軟件ZEMAX，設(shè)計“等光學(xué)總長”調(diào)校光路，標(biāo)定不可見光光學(xué)系統(tǒng)焦面位置的方法。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0005]一種用附加透鏡標(biāo)定不可見光透射光學(xué)系統(tǒng)焦面的方法，具體包括如下步驟:
[0006]步驟一:利用ZEMAX軟件計算待標(biāo)定鏡片或光學(xué)系統(tǒng)在不可見光工作波段下的焦面位置或者光學(xué)總長；
[0007]步驟二:使用ZEMAX多重結(jié)構(gòu)模塊設(shè)計附加透鏡，系統(tǒng)的光學(xué)總長或者附加后截距“總光學(xué)厚度”與待標(biāo)定鏡片或系統(tǒng)的后截距等長，組合后系統(tǒng)像質(zhì)不低于系統(tǒng)自身的成像質(zhì)量；
[0008]步驟三:加工附加透鏡，實測透鏡材料的光學(xué)參數(shù)，加工精度不低于待標(biāo)定鏡片或系統(tǒng)精度；
[0009]步驟四:搭建自準(zhǔn)直光路，該光路由依次排列的標(biāo)準(zhǔn)平面鏡、待標(biāo)定系統(tǒng)、附加透鏡以及干涉儀或分劃板組成；
[0010]步驟五:用步驟四搭建的自準(zhǔn)直光路標(biāo)定焦面:先不裝附加透鏡，調(diào)校標(biāo)準(zhǔn)平面鏡與待標(biāo)定系統(tǒng)的相對位置，然后架設(shè)附加透鏡，按設(shè)計光路檢測組合系統(tǒng)的像質(zhì)，調(diào)校好像質(zhì)后，干涉儀的焦面即為待標(biāo)定系統(tǒng)的焦面，或者使用分劃板結(jié)合“五角棱鏡法”實測光束平行性。
[0011]進(jìn)一步，步驟二中，所述ZEMAX多重結(jié)構(gòu)模塊所使用的多重結(jié)構(gòu)優(yōu)化函數(shù)可使用多重結(jié)構(gòu)同時優(yōu)化兩個波段下附加透鏡的鏡面曲率、厚度以及鏡間距參數(shù)。
[0012]進(jìn)一步，步驟三中，所述實測透鏡材料的光學(xué)參數(shù)包括折射率和阿貝數(shù)用于Zemax復(fù)算。
[0013]進(jìn)一步，步驟五中，使用分劃板結(jié)合“五角棱鏡法”實測光束平行性時，定量測量光束的平行性，根據(jù)相應(yīng)的公式得出實際的焦面分劃板的離焦量，或者根據(jù)計算結(jié)果精細(xì)調(diào)整焦面組件的位置，直至達(dá)到要求。
[0014]本發(fā)明的有益效果如下:
[0015]本發(fā)明一種用附加透鏡標(biāo)定不可見光透射光學(xué)系統(tǒng)焦面的方法，提供了一種直接確定不可見光焦面方法，該方法能夠適應(yīng)較寬光譜范圍的焦面調(diào)校光路的設(shè)計；本發(fā)明的方法結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性強(qiáng)，低成本，裝調(diào)方法合理可靠，可操作性強(qiáng)。
【附圖說明】
[0016]圖1為透鏡在紫外光某一波長下的光路。
[0017]圖2為透鏡在使用632.8nm激光干涉儀調(diào)校焦面位置的光路。
[0018]圖3為焦面調(diào)校光路的波像差結(jié)果。
[0019]圖4為利用ZEMAX設(shè)計軟件的多重結(jié)構(gòu)模塊設(shè)計變波長，優(yōu)化參數(shù)設(shè)置。
[0020]圖5為實際標(biāo)校過程中使用的自準(zhǔn)直光路。
[0021]圖中:1、標(biāo)準(zhǔn)平面鏡；2、待標(biāo)定的光學(xué)元件或系統(tǒng)；3、附加透鏡；4、焦面分劃板或激光干涉儀。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0023]本發(fā)明一種用附加透鏡標(biāo)定不可見光透射光學(xué)系統(tǒng)焦面的方法，具體包括如下步驟:
[0024]UZEMAX軟件計算待標(biāo)定鏡片或光學(xué)系統(tǒng)在不可見光工作波段下的焦面位置或者光學(xué)總長(見圖1，橢圓圓圈)；
[0025]2、使用ZEMAX多重結(jié)構(gòu)模塊設(shè)計附加透鏡，要求系統(tǒng)的光學(xué)總長或者附加后截距“總光學(xué)厚度”與待標(biāo)定鏡片或系統(tǒng)的后截距等長，見圖1和圖2紅色圓圈標(biāo)記處，另外要求組合后系統(tǒng)像質(zhì)較好(像質(zhì)要求不得低于系統(tǒng)自身的成像質(zhì)量)，如圖3所示，具體多重結(jié)構(gòu)優(yōu)化函數(shù)參考圖4 ;(可以使用多重結(jié)構(gòu)同時優(yōu)化兩個波段下附加透鏡的鏡面曲率，厚度以及鏡間距等參數(shù))
[0026]3、加工附加透鏡，要求透鏡材料的光學(xué)參數(shù)實測(實測數(shù)據(jù)如折射率和阿貝數(shù)可用于Zemax復(fù)算)，加工精度不得低于待標(biāo)定鏡片或系統(tǒng)精度；
[0027]4、按圖5所示搭建自準(zhǔn)直光路，該光路由標(biāo)準(zhǔn)平面鏡，待標(biāo)定系統(tǒng)和附加透鏡以及干涉儀(或分劃板)組成；
[0028]5、用圖5的光路標(biāo)定焦面:先不裝附加透鏡3，調(diào)校標(biāo)準(zhǔn)平面鏡I與待標(biāo)定的光學(xué)元件或系統(tǒng)2的相對位置(在激光干涉儀測試波長下的焦點位置可以使用ZEMAX計算得出)，然后架設(shè)附加透鏡，按設(shè)計光路檢測組合系統(tǒng)的像質(zhì)，調(diào)校好像質(zhì)后，干涉儀的焦面即為所需標(biāo)定的光學(xué)元件或系統(tǒng)的焦面，還可以使用十字分板結(jié)合“五角棱鏡法”實測光束平行性(該測量方法可定量測量光束的平行性，根據(jù)相應(yīng)的公式可以得出實際的焦面分劃板的離焦量，也可以根據(jù)計算結(jié)果精細(xì)調(diào)整焦面組件的位置，直至達(dá)到要求)。照射光需要加632.8nm濾光片。
[0029]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種用附加透鏡標(biāo)定不可見光透射光學(xué)系統(tǒng)焦面的方法，具體包括如下步驟: 步驟一:利用ZEMAX軟件計算待標(biāo)定鏡片或光學(xué)系統(tǒng)在不可見光工作波段下的焦面位置或者光學(xué)總長； 步驟二:使用ZEMAX多重結(jié)構(gòu)模塊設(shè)計附加透鏡，系統(tǒng)的光學(xué)總長或者附加后截距“總光學(xué)厚度”與待標(biāo)定鏡片或系統(tǒng)的后截距等長，組合后系統(tǒng)像質(zhì)不低于系統(tǒng)自身的成像質(zhì)量; 步驟三:加工附加透鏡，實測透鏡材料的光學(xué)參數(shù)，加工精度不低于待標(biāo)定鏡片或系統(tǒng)精度； 步驟四:搭建自準(zhǔn)直光路，該光路由依次排列的標(biāo)準(zhǔn)平面鏡、待標(biāo)定系統(tǒng)、附加透鏡以及干涉儀或分劃板組成； 步驟五:用步驟四搭建的自準(zhǔn)直光路標(biāo)定焦面:先不裝附加透鏡，調(diào)校標(biāo)準(zhǔn)平面鏡與待標(biāo)定系統(tǒng)的相對位置，然后架設(shè)附加透鏡，按設(shè)計光路檢測組合系統(tǒng)的像質(zhì)，調(diào)校好像質(zhì)后，干涉儀的焦面即為待標(biāo)定系統(tǒng)的焦面，或者使用分劃板結(jié)合“五角棱鏡法”實測光束平行性。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用附加透鏡標(biāo)定不可見光透射光學(xué)系統(tǒng)焦面的方法，其特征在于:步驟二中，所述ZEMAX多重結(jié)構(gòu)模塊所使用的多重結(jié)構(gòu)優(yōu)化函數(shù)可使用多重結(jié)構(gòu)同時優(yōu)化兩個波段下附加透鏡的鏡面曲率、厚度以及鏡間距參數(shù)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用附加透鏡標(biāo)定不可見光透射光學(xué)系統(tǒng)焦面的方法，其特征在于:步驟三中，所述實測透鏡材料的光學(xué)參數(shù)包括折射率和阿貝數(shù)用于Zemax復(fù)算。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用附加透鏡標(biāo)定不可見光透射光學(xué)系統(tǒng)焦面的方法，其特征在于:步驟五中，使用分劃板結(jié)合“五角棱鏡法”實測光束平行性時，定量測量光束的平行性，根據(jù)相應(yīng)的公式得出實際的焦面分劃板的離焦量，或者根據(jù)計算結(jié)果精細(xì)調(diào)整焦面組件的位置，直至達(dá)到要求。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用附加透鏡標(biāo)定不可見光透射光學(xué)系統(tǒng)焦面的方法，具體步驟包括：1)利用ZEMAX軟件計算待標(biāo)定鏡片或光學(xué)系統(tǒng)在不可見光工作波段下的焦面位置或者光學(xué)總長；2)使用ZEMAX多重結(jié)構(gòu)模塊設(shè)計附加透鏡，系統(tǒng)的光學(xué)總長或者附加后截距總光學(xué)厚度與待標(biāo)定鏡片或系統(tǒng)的后截距等長；3)加工附加透鏡，實測光學(xué)參數(shù)；4)搭建自準(zhǔn)直光路；5)用自準(zhǔn)直光路標(biāo)定焦面。本發(fā)明提供了一種直接確定不可見光焦面方法，該方法能夠適應(yīng)較寬光譜范圍的焦面調(diào)校光路的設(shè)計；本發(fā)明的方法結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性強(qiáng)，低成本，裝調(diào)方法合理可靠，可操作性強(qiáng)。
【IPC分類】G01M11/02
【公開號】CN104990692
【申請?zhí)枴緾N201510498013
【發(fā)明人】李季
【申請人】中科院南京天文儀器有限公司
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年8月13日