基于斐索干涉儀的透鏡焦距測量裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于斐索干涉儀的透鏡焦距測量裝置及方法。本發(fā)明通過在斐索涉儀裝置中，先后在干涉腔中插入兩塊不同厚度的平行平板，來引入物點(diǎn)和像點(diǎn)的軸向位移，實(shí)現(xiàn)透鏡焦距的測量。首先將玻璃平板放置在貓眼位置，當(dāng)測試光路中不放置平行平板時(shí)，通過移相干涉測量得到測試波前數(shù)據(jù)W1和參考波前數(shù)據(jù)W0之差W1-W0。分別將兩個(gè)不同厚度的平行平板置在測試光路中，通過移相干涉測量得出兩個(gè)不同的波差W2-W0和波面W3-W0。采用波前差分算法通過計(jì)算求得波差W2-W1、波差W3-W1和高斯成像公式，推導(dǎo)出透鏡焦距的計(jì)算公式。本發(fā)明采用非接觸式的測量方法避免了對透鏡表面的損壞，同時(shí)該發(fā)明適用于正負(fù)透鏡焦距的測量。
【專利說明】基于斐索干涉儀的透鏡焦距測量裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)測量【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種基于斐索干涉儀的透鏡焦距測量裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]焦距是表征光學(xué)系統(tǒng)的一個(gè)非常重要的參數(shù)，透鏡焦距測量最簡單最直接的方法就是用平行光照射被測透鏡，然后測量從被測透鏡到焦點(diǎn)的距離得到透鏡的焦距；但是焦點(diǎn)的位置與照射的平行光的準(zhǔn)直性直接相關(guān)，而且焦點(diǎn)的位置很難精確的確定，特別是當(dāng)透鏡的焦距很長的時(shí)候。
[0003]傳統(tǒng)的焦距測量方法有放大倍率法、精密測角法、頻譜分析法及泰伯-莫爾法等。其中放大倍率法和精密測角法在測量長焦透鏡時(shí)，要求平行光管透鏡焦距是被測透鏡焦距的3-5倍以上，一般長焦透鏡焦距都大于lm，即平行光管需要設(shè)計(jì)在3-5m以上，且受光具座長度限制，操作不方便，比較適合測量短焦透鏡焦距；頻譜分析法測試精度較高，但是需要昂貴的輸入設(shè)備和頻譜面的輸出測量設(shè)備，普通實(shí)驗(yàn)條件下無法進(jìn)行測量，且比較適合測量中短距離焦距。泰伯-莫爾法利用泰伯“自成像”和莫爾條紋圖的放大特性進(jìn)行長焦測量，但是精度較低，使用該方法的精度在2%-4%之間，不能滿足焦距精度要求聞的系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種基于斐索干涉儀的透鏡焦距測量裝置及方法，在保證測量精度的基礎(chǔ)上，對透鏡的焦距實(shí)現(xiàn)了非接觸式的測量，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)正負(fù)透鏡焦距的測量。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案為:一種基于斐索干涉儀的透鏡焦距測量裝置包括斐索干涉儀、測試透鏡、平行平板、玻璃平板；其中，測試透鏡、平行平板、玻璃平板沿光路方向順次排列，構(gòu)成測試透鏡焦距的干涉光路。
[0006]所述的基于斐索干涉儀的透鏡焦距測量裝置，所述的平行平板是標(biāo)準(zhǔn)nBK7玻璃平行平板。
[0007]基于斐索干涉儀所述的透鏡焦距測量裝置的測量方法，透鏡焦距測量檢測方法步驟為:
[0008]I)分別測得第一平行平板和第二平行平板的厚度，根據(jù)已知的平行平板的折射率，確定測試光經(jīng)過第一平行平板所引入的像點(diǎn)的軸向位移Al' i為:

【權(quán)利要求】
1.一種基于斐索干涉儀的透鏡焦距測量裝置，其特征在于:包括斐索干涉儀(I)、測試透鏡(2)、平行平板(3)和玻璃平板(4);其中，測試透鏡(2)、平行平板(3)、玻璃平板(4)沿光路方向順次排列，構(gòu)成測試透鏡焦距的干涉光路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于斐索干涉儀的透鏡焦距測量裝置，其特征在于:所述的平行平板(3)是標(biāo)準(zhǔn)nBK7玻璃平行平板。
3.一種基于權(quán)利要求1所述的斐索干涉儀的透鏡焦距測量裝置的測量方法，其特征在于，透鏡焦距測量檢測步驟為: 1)分別測得第一次測量的平行平板(3)和第二次測量的平行平板(3)的厚度，根據(jù)已知的平行平板(3)的折射率，確定測試光經(jīng)過第一平行平板所引入的像點(diǎn)的軸向位移Δ I 為:
確定測試光經(jīng)過第二平行平板所引入的像點(diǎn)的軸向平移八1’2為:
式中，η為平行平板的折射率，Ii1為第一平行平板的厚度，h2為第二平行平板的厚度； 2)測試光路中不引入平行平板，將玻璃平板(4)調(diào)整至貓眼位置，利用多步移相算法對所得到的干涉條紋圖進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到未引入平行平板時(shí)的測試波前W1與參考波前Wtl的波差W1-Wtl ； 3)測試光路中引入第一平行平板，保持玻璃平板位置不動(dòng)，調(diào)節(jié)第一平行平板的位置，使得干涉條紋同心圓環(huán)中心與CCD探測器的中心重合；利用多步移相算法對所得到的干涉條紋圖進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到引入第一平行平板時(shí)的測試波前W2與參考波前Wtl的波差W2-Wtl ；基于波前差分算法，計(jì)算求得由于引入第一平行平板所引起的波前差分AW1 = W2-W1，并用Zernike多項(xiàng)式進(jìn)行波面擬合,得到AW1的各項(xiàng)Zernike多項(xiàng)式系數(shù):
其中，a0為常數(shù)項(xiàng)系數(shù)，a3為離焦項(xiàng)系數(shù)，a8初級球差項(xiàng)系數(shù)，a15為二階球差項(xiàng)系數(shù)，a24為三階球差項(xiàng)系數(shù)，Λ I1為第一平行平板所引入的物點(diǎn)的軸向位移，NA為數(shù)值孔徑； 由此，求得數(shù)值孔徑NA為:
第一平行平板所引入的物點(diǎn)的軸向位移Al1S:
4)測試光路中引入第二平行平板，保持玻璃平板位置不動(dòng)，調(diào)節(jié)第二平行平板的位置，使干涉條紋同心圓環(huán)中心與CCD探測器的中心重合；利用多步移相算法對所得到的干涉條紋圖進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到引入第二平行平板的測試波前W3與參考波前Wtl的波差W3-Wtl ;基于波前差分算法，可計(jì)算求得由于引入第二平行平板所引起的波前差分AW2 = W3-W1，并用Zernike多項(xiàng)式進(jìn)行波面擬合,得到AW2的各項(xiàng)Zernike多項(xiàng)式系數(shù):
其中，Al2為第二平行平板所引入的物點(diǎn)的軸向位移。 由此，求得數(shù)值孔徑NA為:
第二平行平板所引入的物點(diǎn)的軸向位移八12為:
5)當(dāng)在測試光路中引入第一平行平板時(shí)，第一平行平板所引入的物點(diǎn)的軸向位移為Al1，第一平行平板所引入的像點(diǎn)的軸向位移為Al' i，則根據(jù)高斯成像公式可得，
式中，I為未引入平行平板時(shí)的物距，I’為未引入平行平板時(shí)的像距，f’為測試透鏡的焦距； 在測試光路中引入第二平行平板時(shí)，第二平行平板所引入的物點(diǎn)的軸向位移為Λ12，第二平行平板所引入的像點(diǎn)的軸向位移為Λ I’ 2，則根據(jù)高斯成像公式可得，
由此可得測試透鏡⑵的焦距f’為:
【文檔編號】G01M11/02GK104165758SQ201410439298
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月29日
【發(fā)明者】高志山, 楊忠明, 田雪, 王凱亮, 王新星, 竇健泰, 袁群 申請人:南京理工大學(xué)