[發明專利]透鏡焦距的測量裝置及其測量方法和光學質量評估方法無效

申請號：	200710045802.4	申請日：	2007-09-11
公開（公告）號：	CN101140196A	公開（公告）日：	2008-03-12
發明（設計）人：	龐向陽;沈衛星;王聰瑜;林尊琪	申請（專利權）人：	中國科學院上海光學精密機械研究所
主分類號：	G01M11/00	分類號：	G01M11/00;G01M11/02
代理公司：	上海新天專利代理有限公司	代理人：	張澤純
地址：	201800上***	國省代碼：	上海;31
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摘要：
搜索關鍵詞：	透鏡焦距測量裝置及其測量方法光學質量評估方法
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及透鏡，特別是一種透鏡焦距的測量裝置及測量方法和光學質量評估方法，該方法適用于小口徑短焦距和大口徑長焦距透鏡的測量和評估，焦距測量的相對誤差小，顯著提高了大口徑長焦距透鏡的測量精度。

背景技術

隨著大型激光核聚變裝置(ICF)的迅速發展，該裝置中用到的空間濾波器透鏡口徑大0.3～0.5米，焦距長幾十米。而現有的大口徑長焦距透鏡加工和測量精度僅為1～5‰，基于龍基光柵塔爾博塔效應的長焦距名義測量誤差為0.15％，但該方法機構復雜，光學元件多，測量結果受標定誤差的影響，不適合大口徑、大F數光學元件測量的需求。空間濾波器受透鏡加工測量限制，調整機構結構復雜，裝調維護困難，因此需要研制高精度的大口徑長焦距透鏡測量方法，實現透鏡焦距的高精度測量，簡化透鏡調整機構和安裝調節方式，提高機構的穩定性。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的困難，提供一種基于透反法測量的透鏡焦距的測量裝置及其測量方法和光學質量評估方法，該裝置和方法可利用大口徑、大F數高精密加工完成后的透鏡(以下簡稱為待測透鏡)進行透鏡焦距的測量及其光學質量的定性評估。該裝置和方法適用于小口徑短焦距和大口徑長焦距透鏡的測量和評估，應具有直觀精確的優點，焦距測量精度高，機構簡單，也可實現光學儀器中透鏡高精度實時裝調測量，滿足工程需求。

本發明的技術解決方案如下：

一種透鏡焦距的測量裝置，其構成包括：平面反射鏡、待測透鏡、點光源、豎直刀口、一維精密平移導軌、激光測距儀、CCD探測器和顯示器，其位置關系如下：平面反射鏡和待測透鏡豎直地安裝在一個平臺上，點光源、豎直刀口、激光測距儀和CCD探測器都固定在光學調整架上，該光學調整架又安裝在所述的一維精密平移導軌上，該一維精密平移導軌沿所述的待測透鏡主軸線方向并在其焦點的下方設置，該一維精密平移導軌的移動方向與待測透鏡主軸線平行，所述的點光源、豎直刀口和激光測距儀的測量零點保證在與待測透鏡的主軸相垂直的同一平面內，而且所述的豎直刀口可相對于點光源作左右平移調整，該點光源的發散光經待測透鏡和平面反射鏡的透反后成為會聚光束，成像在豎直刀口附近，且該像由所述的CCD探測器接收，該CCD探測器的輸出端與所述的顯示器相連，所述的激光測距儀的發射光束指向所述的待測透鏡的幾何主面；所述的平面反射鏡要求具有兩維角度調整機構。

位于所述的待測透鏡的焦點附近的點光源與透反會聚光束的距離為2mm～10mm。

利用所述的透鏡焦距的測量裝置進行透鏡焦距的測量方法，其特征在于包括下列步驟：

①首先將待測透鏡和平面反射鏡豎直地安裝在一光學平臺上，調節點光源與待測透鏡自準直；

②調節平面反射鏡使經該平面反射鏡反射回來的會聚光束進入所述的CCD探測器；

③測量待測透鏡的焦深：

沿待測透鏡的主軸方向在一維精密平移導軌上移動所述的光學調整架，即移動點光源、豎直刀口和激光測距儀，并在顯示器中觀察到光斑，再將點光源自焦前向焦后移動和相反，

當點光源在焦前時，經過待測透鏡后光束發散，被平面反射鏡反射后，點光源成像在豎直刀口的后方，左右移動豎直刀口，通過CCD探測器在顯示器中觀察到光斑變暗方向和豎直刀口移動方向相反，即為焦前變化，此時點光源和豎直刀口位于焦點前，應向后移動；

當點光源在焦后時，經過待測透鏡后光束會聚，被平面反射鏡反射后點光源成像在豎直刀口前方，左右移動豎直刀口，通過CCD探測器在顯示器8中觀察光斑變暗方向和豎直刀口移動方向相同，即為焦后變化，此時點光源和刀口位于焦點后，應向前移動。

當點光源在焦深范圍時，左右移動豎直刀口，通過CCD探測器在顯示器中觀察到光斑瞬時變暗，沒有緩變過程即為焦面變化。

在顯示器中觀察到焦面變化的點光源和豎直刀口前后兩點之間距離，即為焦深z；

④將點光源和豎直刀口移動到焦深的中點處，用激光測距儀測量點光源到待測透鏡的幾何主面的距離L；

⑤再根據透鏡幾何主面和光學主平面的距離d由下式計算待測透鏡的焦距：f＝L+d，該d由光學設計決定，或用其它光學方法測量。