基于組合透鏡法的光柵尺三探頭焦距測(cè)量裝置及測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光學(xué)精密測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于組合透鏡法測(cè)試焦距的測(cè)量裝 置和測(cè)量方法，尤其涉及一種采用了光柵尺三探頭結(jié)構(gòu)的基于組合透鏡法測(cè)試焦距的測(cè)量 裝置和測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 焦距是透鏡類光學(xué)元件的一項(xiàng)非常重要的指標(biāo)，對(duì)焦距測(cè)量的準(zhǔn)確度直接關(guān)系到 整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的性能。隨著高功率激光技術(shù)等大型光學(xué)系統(tǒng)的發(fā)展，對(duì)長(zhǎng)焦距透鏡的需求 以及測(cè)量精度的要求越來(lái)越高。目前，常用的焦距檢測(cè)方法有：物距像距法、自準(zhǔn)直法、全息 法、精密測(cè)角法、莫爾條紋法、朗奇光柵泰伯效應(yīng)法、組合透鏡法等。但對(duì)于長(zhǎng)焦透鏡焦距測(cè) 量，為了得到高測(cè)量精度，必須盡可能的控制空氣擾動(dòng)及振動(dòng)等環(huán)境因素，而上述大多數(shù)方 法因具有過(guò)長(zhǎng)空間測(cè)量距離而不能滿足測(cè)量要求。
[0003] 基于朗奇光柵泰伯效應(yīng)的長(zhǎng)焦距測(cè)量技術(shù)是近期發(fā)展起來(lái)的一種新興技術(shù)，已經(jīng) 成功應(yīng)用于長(zhǎng)焦透鏡的加工檢測(cè)。但其測(cè)量口徑小，不能測(cè)量全口徑，而且透鏡自身的像差 嚴(yán)重影響不同位置的測(cè)量結(jié)果。組合透鏡法也是一種常用的透鏡長(zhǎng)焦距檢測(cè)方法，其利用 標(biāo)準(zhǔn)球面透鏡和待測(cè)透鏡組合，可極大縮短透鏡的空間測(cè)量長(zhǎng)度，避免環(huán)境干擾，而且可以 做到全口徑檢測(cè)。
[0004] 如申請(qǐng)?zhí)枮?00810226966. 1的發(fā)明專利就公開(kāi)了一種差動(dòng)共焦組合超長(zhǎng)焦距測(cè) 量方法與裝置，該測(cè)量方法首先通過(guò)差動(dòng)共焦定焦原理分別確定參考透鏡焦點(diǎn)和被測(cè)透鏡 與參考透鏡組合的焦點(diǎn)位置，然后測(cè)量?jī)山裹c(diǎn)間的距離和兩透鏡的間距，代入公式計(jì)算被 測(cè)透鏡的焦距值，同時(shí)測(cè)量過(guò)程中還可以通過(guò)光瞳濾波技術(shù)提高焦距測(cè)量靈敏度。該測(cè)量 裝置包括光源、分光系統(tǒng)、參考透鏡、反射鏡、差動(dòng)共焦定焦系統(tǒng)；其中分光系統(tǒng)、參考透鏡 和反射鏡依次放在光源出射光線方向，差動(dòng)共焦定焦系統(tǒng)放置在分光系統(tǒng)的反射方向，反 射鏡與分光系統(tǒng)將光束反射至差動(dòng)共焦定焦系統(tǒng)，并配合差動(dòng)共焦定焦系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)位置 a與焦點(diǎn)位置b的定焦。該發(fā)明雖融合了差動(dòng)共焦定焦原理與組合透鏡法，可用于超長(zhǎng)焦距 透鏡的檢測(cè)與光學(xué)系統(tǒng)裝配過(guò)程中的高精度焦距測(cè)量。但是，采用該發(fā)明專利中的測(cè)量方 法及測(cè)量裝置進(jìn)行焦距的測(cè)量時(shí)，與現(xiàn)有的焦距測(cè)量方法與測(cè)量裝置一樣，均需要知道標(biāo) 準(zhǔn)（或參考）透鏡的焦距、標(biāo)準(zhǔn)（或參考）透鏡的頂點(diǎn)與待測(cè)透鏡的頂點(diǎn)之間的距離等參 數(shù)，將這些參數(shù)代入對(duì)應(yīng)的公式中得出待測(cè)透鏡的焦距。然而，標(biāo)準(zhǔn)（或參考）透鏡的焦距 在進(jìn)行測(cè)量時(shí)本身就存在測(cè)量誤差，在測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)（或參考）透鏡的頂點(diǎn)與待測(cè)透鏡的頂點(diǎn) 之間的距離時(shí)通常是進(jìn)行直接測(cè)量，很難精確測(cè)量量透鏡的頂點(diǎn)之間的距離，因而通過(guò)這 些參數(shù)導(dǎo)入對(duì)應(yīng)公式計(jì)算焦距時(shí)，由于引入了標(biāo)準(zhǔn)（或參考）透鏡的焦距、標(biāo)準(zhǔn)（或參考） 透鏡的頂點(diǎn)與待測(cè)透鏡的頂點(diǎn)之間的距離等參數(shù)的誤差，且誤差還較大，因而無(wú)法滿足高 精度的焦距測(cè)量的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的發(fā)明目的在于：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種基于組合透鏡法的 光柵尺三探頭焦距測(cè)量裝置及測(cè)量方法，將常規(guī)組合透鏡方法中兩透鏡頂點(diǎn)之間的距離檢 測(cè)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)透鏡移動(dòng)距離的檢測(cè)，利用干涉條紋和光柵尺探頭準(zhǔn)確定位標(biāo)準(zhǔn)透鏡以及組 合透鏡的焦點(diǎn)位置，從而簡(jiǎn)化了測(cè)量方法，可實(shí)現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)透鏡參數(shù)未盡知的情況下焦距的 測(cè)量，提高對(duì)待測(cè)透鏡的焦距的測(cè)量精度。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0007] -種基于組合透鏡法的光柵尺三探頭焦距測(cè)量裝置，包括干涉儀系統(tǒng)和光柵尺， 所述光柵尺上沿光柵尺的長(zhǎng)度方向依次設(shè)置有第一支架、第二支架和第三支架，所述第一 支架、第二支架和第三支架可分別單獨(dú)沿光柵尺的長(zhǎng)度方向移動(dòng)；所述第一支架的連接端、 自由端分別連接有第一探頭、標(biāo)準(zhǔn)透鏡，所述第二支架的連接端、自由端分別連接有第二探 頭、待測(cè)透鏡，所述第三支架的連接端、自由端分別連接有第三探頭、平面反射鏡；所述干涉 儀系統(tǒng)出射的準(zhǔn)直激光依次經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)透鏡、待測(cè)透鏡后聚焦在平面反射鏡上，并在平面反射 鏡上產(chǎn)生反射形成反射激光，反射激光依次經(jīng)待測(cè)透鏡、標(biāo)準(zhǔn)透鏡后進(jìn)入干涉儀系統(tǒng)。
[0008] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述干涉儀系統(tǒng)為斐索干涉儀系統(tǒng)、邁克爾遜干涉儀系 統(tǒng)或泰曼格林干涉儀系統(tǒng)。
[0009] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述干涉儀系統(tǒng)為斐索干涉儀系統(tǒng)，所述斐索干涉儀系 統(tǒng)包括激光器、顯微物鏡、分束器、透鏡、CCD探測(cè)器和準(zhǔn)直透鏡；所述激光器出射的激光經(jīng) 顯微物鏡后入射至分束器并有分束器分成參考激光和測(cè)量激光，所述參考激光經(jīng)透鏡后入 射至C⑶探測(cè)器；所述測(cè)量激光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡后形成準(zhǔn)直激光，透過(guò)標(biāo)準(zhǔn)透鏡、待測(cè)透鏡后經(jīng) 平面反射鏡反射的激光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡后入射至分束器并在分束器上產(chǎn)生反射形成再反射激 光，所述再反射激光經(jīng)透鏡后入射至C⑶探測(cè)器。
[0010] 一種基于組合透鏡法的光柵尺三探頭焦距測(cè)量方法，包括以下步驟：
[0011] 步驟一、取出基于組合透鏡法的光柵尺三探頭焦距測(cè)量裝置中的平面反射鏡，調(diào) 節(jié)標(biāo)準(zhǔn)透鏡與待測(cè)透鏡之間的間距，使待測(cè)透鏡的頂點(diǎn)位于標(biāo)準(zhǔn)透鏡的焦點(diǎn)C處，第一探 頭、第二探頭分別對(duì)應(yīng)記錄此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)透鏡的位置點(diǎn)A、待測(cè)透鏡的位置點(diǎn)C;
[0012] 步驟二、將標(biāo)準(zhǔn)透鏡往遠(yuǎn)離干涉儀系統(tǒng)的方向移動(dòng)一段距離至位置點(diǎn)B，將平面反 射鏡放入基于組合透鏡法的光柵尺三探頭焦距測(cè)量裝置中，并調(diào)節(jié)平面反射鏡的位置，使 平面反射鏡位于標(biāo)準(zhǔn)透鏡和待測(cè)透鏡組成的組合透鏡焦點(diǎn)D處，第一探頭、第三探頭分別 對(duì)應(yīng)記錄此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)透鏡的位置點(diǎn)B、平面反射鏡的位置點(diǎn)D，通過(guò)光柵尺讀出第一探頭、第 三探頭的位置以及標(biāo)準(zhǔn)透鏡的移動(dòng)距離A和待測(cè)透鏡的左頂點(diǎn)與平面反射鏡之間的間距 S；
的移動(dòng)距離，S為步驟二中待測(cè)透鏡的左頂點(diǎn)與平面反射鏡之間的間距。
[0014] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述步驟一和步驟二中的基于組合透鏡法的光柵尺三探 頭焦距測(cè)量裝置包括干涉儀系統(tǒng)和光柵尺，所述光柵尺上沿光柵尺的長(zhǎng)度方向依次設(shè)置有 第一支架、第二支架和第三支架，所述第一支架、第二支架和第三支架可分別單獨(dú)沿光柵尺 的長(zhǎng)度方向移動(dòng)；所述第一支架的連接端、自由端分別連接有第一探頭、標(biāo)準(zhǔn)透鏡，所述第 二支架的連接端、自由端分別連接有第二探頭、待測(cè)透鏡，所述第三支架的連接端、自由端 分別連接有第三探頭、平面反射鏡；所述干涉儀系統(tǒng)出射的準(zhǔn)直激光依次經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)透鏡、待測(cè) 透鏡后聚焦在平面反射鏡上，并在平面反射鏡上產(chǎn)生反射形成反射激光，反射激光依次經(jīng) 待測(cè)透鏡、標(biāo)準(zhǔn)透鏡后進(jìn)入干涉儀系統(tǒng)。
[0015] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述干涉儀系統(tǒng)為斐索干涉儀系統(tǒng)、邁克爾遜干涉儀系 統(tǒng)或泰曼格林干涉儀系統(tǒng)。
[0016] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述干涉儀系統(tǒng)為斐索干涉儀系統(tǒng)，所述斐索干涉儀系 統(tǒng)包括激光器、顯微物鏡、分束器、透鏡、CCD探測(cè)器和準(zhǔn)直