[发明专利]一种高精度长焦距透镜的焦距检测装置

说明书

技术领域

本发明属于光学测试领域，尤其涉及一种高精度长焦距透镜的焦距检测装置。

背景技术

在光学、天文和军事等领域，长焦距透镜是非常关键的基础部件，发挥着越来越重要的作用，而且所需的焦距越来越长，口径也越来越大。在大型系统中，比如国家点火装置，长焦距透镜是关键的聚光元件，这些透镜的焦距长达四十米。长焦距透镜的使用需要相应的检测技术，但是目前高精度检测特别是精确到几毫米甚至几百微米的测量仍然存在很多困难，例如球径仪可以准确测量到2米，精度有万分之一，但是随着焦距的增大，利用球径仪检测就测不准了。此外，高精度的检测受到外界干扰特别是空气扰动和外界震动的影响难以消除，而且检测系统中本身光路的像差随着焦距的增大对焦点位置的测量影响也增大，很难实现高精度测量。因此易于实现的高精度长焦距测量方法和装置具有非常大的应用空间和非常重要的应用领域。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种高精度长焦距透镜的焦距检测装置。

高精度长焦距透镜的焦距检测装置包括激光器、显微物镜、针孔、第一朗奇光栅、待测长焦距透镜、第二朗奇光栅、毛玻璃、CCD相机；激光器发出的光经显微物镜和针孔后形成一个发散光束，入射到第一朗奇光栅上，再经待测长焦距透镜和第二朗奇光栅，那么第一朗奇光栅的泰伯像和第二朗奇光栅则会形成莫尔条纹，用CCD相机采集条纹，计算莫尔条纹角度就可以得到待测透镜的焦距。

所述第一朗奇光栅和第二朗奇光栅结构均匀的周期性线形光栅，周期均为350～500微米。所述的第二朗奇光栅放置在第一朗奇光栅的泰伯距离d上，其中                                                ，是正整数，是第一朗奇光栅的光栅周期，是激光器发出的光的波长。所述第二朗奇光栅和毛玻璃均放置在可以沿着光轴方向移动的导轨上，导轨精度0.1mm。

本发明的有益效果是：

1. 本发明直接在小孔出射的发散光路中检测，无需像很多其他检测系统中进行多层的准直扩束来得到大口径光束，结构简单易于实现。利用泰伯效应和莫尔条纹技术，这种衍射测量的技术比现有的干涉测量有着更高的精度，可以实现长焦距透镜和光学系统焦距的高精度测量

2. 本发明使用的两块朗奇光栅周期均为350～500微米，周期大，相比较与传统干涉技术的相干测量而言，对于外界空气的扰动等因素不敏感；

3. 本发明可以用于检测几米至几十米的焦距范围，第二朗奇光栅可以沿着光轴精密移动，测量不同焦距透镜时，只需移动第二朗奇光栅达到合适的位置，就可以准确的测量焦距且有高的重复性精度，光路简单易于实现。

附图说明

图1是高精度长焦距透镜的焦距检测装置结构示意图。

具体实施方式

本发明的工作原理：激光器发出的光经显微物镜和针孔后形成一个发散光束，入射到第一朗奇光栅上，再经待测长焦距透镜和第二朗奇光栅，第二朗奇光栅放在第一朗奇光栅的某一泰伯级次位置上，那么第一朗奇光栅的泰伯像和第二朗奇光栅则会形成莫尔条纹，用CCD相机采集条纹，计算莫尔条纹角度就可以得到待测透镜的焦距。在放入被测透镜之前，先将第一、二朗奇光栅放置在合适的位置，根据此时的莫尔条纹测量此时入射到第一朗奇光栅处的发散光束的焦距值f₁；放入被测透镜，适当的移动第二朗奇光栅，测得焦距值f₂，f₂其实是发散光束和待测透镜的组合焦距值，这样根据组合透镜焦距换算公式就可以得到待测透镜的焦距值f。

如图1所示，本发明一种高精度长焦距透镜的焦距检测装置包括激光器1、显微物镜2、针孔3、第一朗奇光栅4、待测长焦距透镜5、第二朗奇光栅6、毛玻璃7、CCD相机8；激光器1发出的光经显微物镜2和针孔3后形成一个发散光束，入射到第一朗奇光栅4上，再经待测长焦距透镜5和第二朗奇光栅6，第二朗奇光栅6放在第一朗奇光栅4的某一泰伯级次位置上，那么第一朗奇光栅4的泰伯像和第二朗奇光栅6则会形成莫尔条纹，用CCD相机8采集条纹，计算莫尔条纹角度就可以得到待测透镜的焦距。

上述第一朗奇光栅4和第二朗奇光栅6结构均匀的周期性线形光栅，周期均为350～500微米。所述的第二朗奇光栅6放置在第一朗奇光栅4的泰伯距离d上，其中，是正整数，是第一朗奇光栅4的光栅周期，是激光器1发出的光的波长。所述第二朗奇光栅6、毛玻璃7和CCD相机8均放置在可以沿着光轴方向移动的导轨上，导轨精度0.1mm。