基于組合透鏡法的光柵尺三探頭焦距測量裝置及測量方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于光學精密測量技術領域，涉及一種基于組合透鏡法測試焦距的測量裝 置和測量方法，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試焦距的測量 裝置和測量方法。
【背景技術】
[0002] 焦距是透鏡類光學元件的一項非常重要的指標，對焦距測量的準確度直接關系到 整個光學系統(tǒng)的性能。隨著高功率激光技術等大型光學系統(tǒng)的發(fā)展，對長焦距透鏡的需求 以及測量精度的要求越來越高。目前，常用的焦距檢測方法有：物距像距法、自準直法、全息 法、精密測角法、莫爾條紋法、朗奇光柵泰伯效應法、組合透鏡法等。但對于長焦透鏡焦距測 量，為了得到高測量精度，必須盡可能的控制空氣擾動及振動等環(huán)境因素，而上述大多數(shù)方 法因具有過長空間測量距離而不能滿足測量要求。
[0003] 基于朗奇光柵泰伯效應的長焦距測量技術是近期發(fā)展起來的一種新興技術，已經(jīng) 成功應用于長焦透鏡的加工檢測。但其測量口徑小，不能測量全口徑，而且透鏡自身的像差 嚴重影響不同位置的測量結(jié)果。組合透鏡法也是一種常用的透鏡長焦距檢測方法，其利用 標準球面透鏡和待測透鏡組合，可極大縮短透鏡的空間測量長度，避免環(huán)境干擾，而且可以 做到全口徑檢測。
[0004] 如申請?zhí)枮?00810226966. 1的發(fā)明專利就公開了一種差動共焦組合超長焦距測 量方法與裝置，該測量方法首先通過差動共焦定焦原理分別確定參考透鏡焦點和被測透鏡 與參考透鏡組合的焦點位置，然后測量兩焦點間的距離和兩透鏡的間距，代入公式計算被 測透鏡的焦距值，同時測量過程中還可以通過光瞳濾波技術提高焦距測量靈敏度。該測量 裝置包括光源、分光系統(tǒng)、參考透鏡、反射鏡、差動共焦定焦系統(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)將光束反射至差動共焦定焦系統(tǒng)，并配合差動共焦定焦系統(tǒng)實現(xiàn)焦點位置 a與焦點位置b的定焦。該發(fā)明雖融合了差動共焦定焦原理與組合透鏡法，可用于超長焦距 透鏡的檢測與光學系統(tǒng)裝配過程中的高精度焦距測量。但是，采用該發(fā)明專利中的測量方 法及測量裝置進行焦距的測量時，與現(xiàn)有的焦距測量方法與測量裝置一樣，均需要知道標 準（或參考）透鏡的焦距、標準（或參考）透鏡的頂點與待測透鏡的頂點之間的距離等參 數(shù)，將這些參數(shù)代入對應的公式中得出待測透鏡的焦距。然而，標準（或參考）透鏡的焦距 在進行測量時本身就存在測量誤差，在測量標準（或參考）透鏡的頂點與待測透鏡的頂點 之間的距離時通常是進行直接測量，很難精確測量量透鏡的頂點之間的距離，因而通過這 些參數(shù)導入對應公式計算焦距時，由于引入了標準（或參考）透鏡的焦距、標準（或參考） 透鏡的頂點與待測透鏡的頂點之間的距離等參數(shù)的誤差，且誤差還較大，因而無法滿足高 精度的焦距測量的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的發(fā)明目的在于：針對現(xiàn)有技術存在的問題，提供一種基于組合透鏡法的 光柵尺三探頭焦距測量裝置及測量方法，將常規(guī)組合透鏡方法中兩透鏡頂點之間的距離檢 測轉(zhuǎn)換為標準透鏡移動距離的檢測，利用干涉條紋和光柵尺探頭準確定位標準透鏡以及組 合透鏡的焦點位置，從而簡化了測量方法，可實現(xiàn)在標準透鏡參數(shù)未盡知的情況下焦距的 測量，提高對待測透鏡的焦距的測量精度。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為：
[0007] -種基于組合透鏡法的光柵尺三探頭焦距測量裝置，包括干涉儀系統(tǒng)和光柵尺， 所述光柵尺上沿光柵尺的長度方向依次設置有第一支架、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沿光柵尺的長度方向移動；所述第一支架的連接端、 自由端分別連接有第一探頭、標準透鏡，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)出射的準直激光依次經(jīng)標準透鏡、待測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)待測透鏡、標準透鏡后進入干涉儀系統(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探測器和準直透鏡；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量激光，所述參考激光經(jīng)透鏡后入 射至C⑶探測器；所述測量激光經(jīng)準直透鏡后形成準直激光，透過標準透鏡、待測透鏡后經(jīng) 平面反射鏡反射的激光經(jīng)準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探測器。
[0010] 一種基于組合透鏡法的光柵尺三探頭焦距測量方法，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量裝置中的平面反射鏡，調(diào) 節(jié)標準透鏡與待測透鏡之間的間距，使待測透鏡的頂點位于標準透鏡的焦點C處，第一探 頭、第二探頭分別對應記錄此時標準透鏡的位置點A、待測透鏡的位置點C;
[0012] 步驟二、將標準透鏡往遠離干涉儀系統(tǒng)的方向移動一段距離至位置點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 平面反射鏡位于標準透鏡和待測透鏡組成的組合透鏡焦點D處，第一探頭、第三探頭分別 對應記錄此時標準透鏡的位置點B、平面反射鏡的位置點D，通過光柵尺讀出第一探頭、第 三探頭的位置以及標準透鏡的移動距離A和待測透鏡的左頂點與平面反射鏡之間的間距 S；
的移動距離，S為步驟二中待測透鏡的左頂點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度方向依次設置有 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沿光柵尺 的長度方向移動；所述第一支架的連接端、自由端分別連接有第一探頭、標準透鏡，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)出射的準直激光依次經(jīng)標準透鏡、待測 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) 待測透鏡、標準透鏡后進入干涉儀系統(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探測器和準直