CN107515103B - 一种采用环形光栅的焦距检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用环形光栅的焦距检测装置及方法,该装置包括共光轴顺次设置的激光器、准直扩束物镜、待测***、第一光栅、第二光栅、接收屏、成像物镜、CCD;方法为:由激光器发出的激光由光纤导出,经过准直扩束物镜,得到一束均匀的平行光,此时未放入待测***;平行光入射时,观察接收屏上形成的干涉条纹,使用CCD采集该干涉条纹,调整第二光栅的对准线与第一光栅的栅线平行,此时采集到的干涉条纹记为干涉条纹L1;放入待测***,通过CCD再次采集干涉条纹,记为干涉条纹L2;通过频域亚像素迭代法求出干涉条纹L1和干涉条纹L2的夹角,即可得被测***的焦距。本发明结构简单、精度高、易于实现,可以用于中等焦距***的精确测量。
Description
技术领域
本发明属于光学精密测试技术领域,特别是一种采用环形光栅的焦距检测装置及方法。
背景技术
对中等焦距光学***焦距的测量主要有传统测量方法和泰伯莫尔法。传统测量方法在测量焦距较短光学元件时方便而且精度高,但对于中等焦距光学元件的测量其需要复杂的光学***和严格的测量环境。目前用泰伯莫尔法测长焦距,泰伯干涉仪是其关键部件,其中两块光栅都是采用直线型的朗奇光栅,测量焦距前要标定栅线夹角,标定方法复杂且精度有限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简单方便、快速精确、全口径测量的采用环形光栅的焦距检测装置及方法。
实现本发明目的的技术解决方案为:一种采用环形光栅的焦距检测装置,包括共光轴顺次设置的激光器、准直扩束物镜、待测***、第一光栅、第二光栅、接收屏、成像物镜、CCD;
所述激光器发出的激光经过准直扩束物镜产生一束平行光,该平行光入射到待测***上,再经过第一光栅后在第二光栅处形成干涉条纹,干涉条纹被接收屏接收,成像物镜将条纹成像到CCD的焦平面上。
进一步地,所述第二光栅采用环形光栅。
进一步地,所述第一光栅和第二光栅圆形区域的栅线夹角为1.5度。
一种基于所述的采用环形光栅的焦距检测装置的焦距测量方法,包括以下步骤:
步骤1,由激光器发出的激光由光纤导出,经过准直扩束物镜,得到一束均匀的平行光,此时未放入待测***;
步骤2,平行光入射时,观察接收屏上形成的干涉条纹,使用CCD采集该干涉条纹,调整第二光栅的对准线与第一光栅的栅线平行,此时采集到的干涉条纹记为干涉条纹L1;
步骤3,放入待测***,通过CCD再次采集干涉条纹,记为干涉条纹L2;
步骤4,通过频域亚像素迭代法求出干涉条纹L1和干涉条纹L2的夹角,即可得被测***的焦距。
进一步地,步骤2所述调整第二光栅的对准线与第一光栅的栅线平行,具体为:CCD采集到的干涉条纹分为圆形区域和环形区域两个部分,调整第二光栅上的旋转调节机构,当CCD上环形区域视场中的干涉条纹消失时,则说明第二光栅的对准线与第一光栅的栅线平行,此时第一光栅和第二光栅圆形区域的栅线夹角为1.5度。
进一步地,步骤4所述通过频域亚像素迭代法求出干涉条纹L1和干涉条纹L2的夹角,即可得被测***的焦距f,公式如下:
其中,s为待测***到第一光栅的距离,d为第一光栅和第二光栅之间的距离,第一光栅的栅线与第二光栅圆形区域栅线之间的夹角θ为1.5度,φ0是采集到的干涉条纹的倾角。
本发明与现有技术相比,其显著优点为:(1)光栅栅线夹角为1.5度,提供一种兼顾测量范围广、测量精度高的测试装置;(2)使用环形光栅,对准区域和测量区域分别在两个视场中互不影响,对准调整过程方便快速;(3)使用环形光栅,可以直接根据环形视场的零干涉条纹,确定圆形区域栅线角度,测量前不需要对光栅夹角进行标定,简单可靠,提高装置的测量精度。
附图说明
图1是本发明采用环形光栅的焦距检测装置的光路示意图。
图2是本发明采用环形光栅的焦距检测装置的第一光栅的结构图。
图3是本发明采用环形光栅的焦距检测装置的第二光栅的结构图。
图4是本发明采用环形光栅的焦距检测装置的产生的莫尔条纹的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
结合图1,本发明采用环形光栅的焦距检测装置,包括共光轴顺次设置的激光器1、准直扩束物镜2、待测***3、第一光栅4、第二光栅5、接收屏6、成像物镜7、CCD8;
所述激光器1发出的激光经过准直扩束物镜2产生一束平行光,该平行光入射到待测***3上,再经过第一光栅4后在第二光栅5处形成干涉条纹,干涉条纹被接收屏6接收,成像物镜7将条纹成像到CCD8的焦平面上。
所述激光器1、准直扩束物镜2组成准直波前发生器,第一光栅4、第二光栅5、接收屏6组成双光栅干涉仪,成像物镜7、CCD8组成成像采集***。
双光栅干涉仪中的第二光栅5装有精密旋转调节结构,可对两光栅栅线夹角进行精密调整。双光栅干涉仪的工作过程为:入射光波经过第一光栅4衍射产生第一光栅4的自成像,在第二光栅5处光波的不同衍射级次之间发生干涉,在接收屏6上形成干涉条纹,干涉条纹携带入射光波的焦距信息。
所述第一光栅4的结构如图2所示,第二光栅5采用环形光栅如图3所示,第一光栅4和第二光栅5圆形区域的栅线夹角为1.5度。
本发明所述的采用环形光栅的焦距检测装置的焦距测量方法,包括以下步骤:
步骤1,由激光器1发出的激光由光纤导出,经过准直扩束物镜2,得到一束均匀的平行光,此时未放入待测***3;
步骤2,平行光入射时,观察接收屏6上形成的干涉条纹如图4所示,使用CCD8采集该干涉条纹,调整第二光栅5的对准线与第一光栅4的栅线平行,此时采集到的干涉条纹记为干涉条纹L1;
所述调整第二光栅5的对准线与第一光栅4的栅线平行,具体为:CCD8采集到的干涉条纹分为圆形区域和环形区域两个部分,调整第二光栅5上的旋转调节机构,当CCD8上环形区域视场中的干涉条纹消失时,则说明第二光栅5的对准线与第一光栅4的栅线平行,此时第一光栅4和第二光栅5圆形区域的栅线夹角为1.5度。
步骤3,放入待测***3,通过CCD8再次采集干涉条纹,记为干涉条纹L2;
步骤4,通过频域亚像素迭代法求出干涉条纹L1和干涉条纹L2的夹角,即可得被测***的焦距f,公式如下:
其中,s为待测***3到第一光栅4的距离,d为第一光栅4和第二光栅5之间的距离,第一光栅4的栅线与第二光栅5圆形区域栅线之间的夹角θ为1.5度,φ0是采集到的干涉条纹的倾角。
综上所述,本发明的焦距检测装置,可以直接以环形视场内的零干涉条纹作为对准判据,确定圆形区域内的栅线夹角,不需要标定光栅夹角,采集到的莫尔条纹仍充满整个圆形视场中,通过对条纹进行处理实现焦距的简单方便、快速精确、全口径测量。
Claims (5)
1.一种采用环形光栅的焦距检测装置,其特征在于,包括共光轴顺次设置的激光器(1)、准直扩束物镜(2)、待测***(3)、第一光栅(4)、第二光栅(5)、接收屏(6)、成像物镜(7)、CCD(8);
所述激光器(1)发出的激光经过准直扩束物镜(2)产生一束平行光,该平行光入射到待测***(3)上,再经过第一光栅(4)后在第二光栅(5)处形成干涉条纹,干涉条纹被接收屏(6)接收,成像物镜(7)将条纹成像到CCD(8)的焦平面上;
所述第一光栅(4)采用圆形直线光栅,第二光栅(5)采用环形光栅,且环形光栅具有圆形直线光栅区域和环形对准线区域。
2.根据权利要求1所述的采用环形光栅的焦距检测装置,其特征在于,所述第一光栅(4)和第二光栅(5)圆形区域的栅线夹角为1.5度。
3.一种基于权利要求1所述的采用环形光栅的焦距检测装置的焦距测量方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,由激光器(1)发出的激光由光纤导出,经过准直扩束物镜(2),得到一束均匀的平行光,此时未放入待测***(3);
步骤2,平行光入射时,观察接收屏(6)上形成的干涉条纹,使用CCD(8)采集该干涉条纹,调整第二光栅(5)的对准线与第一光栅(4)的栅线平行,此时采集到的干涉条纹记为干涉条纹L1;
步骤3,放入待测***(3),通过CCD(8)再次采集干涉条纹,记为干涉条纹L2;
步骤4,通过频域亚像素迭代法求出干涉条纹L1和干涉条纹L2的夹角,即可得被测***的焦距。
4.根据权利要求3所述的采用环形光栅的焦距检测方法,其特征在于,步骤2所述调整第二光栅(5)的对准线与第一光栅(4)的栅线平行,具体为:CCD(8)采集到的干涉条纹分为圆形区域和环形区域两个部分,调整第二光栅(5)上的旋转调节机构,当CCD(8)上环形区域视场中的干涉条纹消失时,则说明第二光栅(5)的对准线与第一光栅(4)的栅线平行,此时第一光栅(4)和第二光栅(5)圆形区域的栅线夹角为1.5度。
5.根据权利要求3所述的采用环形光栅的焦距检测方法,其特征在于,步骤4所述通过频域亚像素迭代法求出干涉条纹L1和干涉条纹L2的夹角,即可得被测***的焦距f,公式如下:
其中,s为待测***(3)到第一光栅(4)的距离,d为第一光栅(4)和第二光栅(5)之间的距离,第一光栅(4)的栅线与第二光栅(5)圆形区域栅线之间的夹角θ为1.5度,φ0是采集到的干涉条纹的倾角。
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