CN110779685A - 基于自准平面镜的长焦距光学***焦距测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于自准平面镜的长焦距光学***焦距测量装置及方法。本发明包括置于待测光学***出口位置的平面镜、置于待测光学***焦面上的焦面探测CCD，以及干涉仪；所述干涉仪的焦点位于所述待测光学***的焦面上，所述焦面探测CCD安装在垂直设置的电动导轨上，所述平面镜设置在细分多齿分度台上。本发明通用性强，测量不同***无需更换任何元件或额外增加元件。
Description
技术领域：
本发明涉及一种基于自准平面镜的长焦距光学***焦距测量装置及方法，属于光学设备技术领域。
背景技术：
在高分辨率成像应用或者地面检测装置中，长焦距甚至超长焦距光学***应用越来越多，一般地，将焦距10米以上被认为是长焦距甚至超长焦距的光学***。其焦距测量精度尤其重要。常规的精密测角法使用靶标板与经纬仪检测焦距，对长焦距***测量因靶标板较小，对应的入射角度较小，经纬仪相对测量误差较大；而放大倍率法需要焦距相当量级的光学***，检测成本较高且通用性不高。因而，传统的焦距测量方法很难应用于长焦距或超长焦距光学***的焦距测量。
发明内容：
本发明的目的是针对上述存在的问题提供一种基于自准平面镜的长焦距光学***焦距测量装置及方法，通过平面镜产生检测所需的平行光，完成长焦距光学***的焦距测量。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
基于自准平面镜的长焦距光学***焦距测量装置，包括置于待测光学***出口位置的平面镜、置于待测光学***焦面上的焦面探测CCD，以及干涉仪；所述干涉仪的焦点位于所述待测光学***的焦面上，所述焦面探测CCD安装在垂直设置的电动导轨上，所述平面镜设置在细分多齿分度台上。
所述的基于自准平面镜的长焦距光学***焦距测量装置，所述的待测光学***包括主镜和次镜，光束由主镜和次镜反射后，在焦面处成像。
所述的基于自准平面镜的长焦距光学***焦距测量装置，所述的主镜采用凹反射镜，所述次镜采用凹反射镜或凸反射镜。
用上述基于自准平面镜的长焦距光学***焦距测量装置进行长焦距光学***焦距测量的方法，该方法包括如下步骤：
（1）将干涉仪置于使其焦点位于待测光学***的焦面处；将平面镜放置于细分多齿分度台上，置于待测光学***出光口；
（2）利用干涉仪和平面镜，采用自准直干涉检测方法检测待测光学***的波像差；
（3）将焦面探测CCD安置于电动导轨上；然后将焦面探测CCD和电动导轨放置于待测光学***的焦面处；
（4）调节多齿分度台的角度，带动平面镜转动，焦面处返回的像点被CCD接收，调节CCD前后位置使其像点最小，即可将CCD探测靶面置于待测光学***焦面，记录此时像点质心像素坐标a；
（5）继续调节多齿分度台角度，使其转动角度θ ，则返回平行光束角度变化2θ；
（6）由电动导轨带动CCD平移，接收新的像点位置，记录电动导轨移动量d1和此时像点质心像素坐标b；
（7）根据电动导轨移动量d1、CCD探测像点质心坐标变化(b-a)和CCD像素大小h即可计算处像点移动距离d=d1+h*(b-a)；则***焦距f为f=d/tan(2θ)；
（8）重复步骤（5）-（7），多次测量***焦距取平均值即可得到***焦距。
所述的长焦距光学***焦距测量的方法，步骤（2）中所述自准直干涉检测方法是基于干涉仪和平面反射镜的检测方法，具体是：由干涉仪发出球面波，会聚于待测光学***焦面后，由待测光学***多次反射变为平行光出射，由平面镜反射沿原路返回，再由待测光学***多次反射后变为球面波前，由干涉仪接收进行***波像差检测。
所述的长焦距光学***焦距测量的方法，步骤（8）中所述测量次数为3-10次。
有益效果：
1.本发明通过平面镜，产生高精度平行光，避免额外使用光学***；通过多齿分度台，提高平行光角度测量精度；通过CCD加电动导轨，提高像点距离测量精度；适用于长焦距甚至超长焦距***的焦距测量，且该方法通用性强，测量不同***无需更换任何元件或额外增加元件。
附图说明：
图1是本发明的主视图。
图2是本发明的俯视图。
图中：1-待测光学***，2-平面镜，3-CCD，4-干涉仪，5-电动导轨,6-细分多齿分度台，11-主镜，12-次镜。
具体实施方式：
本发明由平面镜和高精度细分多齿分度台及焦面探测CCD组成的焦距测量装置。其中平面镜放置于待测光学***的出光口，用于将待测光学***出射的高精度平行光自准反射回***焦面，由焦面探测CCD接收自准返回的焦点。平面镜放置于高精度细分多齿分度台上，可由多齿分度台转动角度θ,带动平面镜产生高精度已知角度2θ的平行光，CCD由电动导轨带动接收焦面像点的平移量，根据导轨移动距离及CCD接收像点的质心坐标，即可算出像点移动距离d。根据像点移动距离d及平行光角度变化2θ计算得到***焦距f=d/tan(2θ)。
首先利用干涉仪与平面镜，采用自准直干涉检测方法检测待测光学***波像差，使测量波前误差尽量小，以提高出射平行光束的质量，提高焦面位置准确性。将焦面探测CCD与电动导轨放置于焦面处，调节多齿分度台角度，带动自准平面镜角度变化，焦面处像点移动，由焦面探测CCD接收移动的像点。调节不同的角度量，分别测出相应的像点移动量计算***焦距，多次测量取平均得到最终***焦距。
具体地：由图1至图2所示，本实施例的基于自准平面镜的长焦距光学***焦距测量装置，包括置于待测光学***1出口位置的平面镜2、置于待测光学***焦面上的焦面探测CCD 3，以及干涉仪4；所述干涉仪的焦点位于所述待测光学***的焦面上，所述焦面探测CCD安装在垂直设置的电动导轨5上，所述平面镜设置在细分多齿分度台6上。
所述的基于自准平面镜的长焦距光学***焦距测量装置，所述的待测光学***一般包括称作主镜的凹反射镜和称作次镜的凹反射镜或凸反射镜组成，无穷远或者有限远处的光束由主镜和次镜反射后，在焦面处成像，此类待测***称为双反射式光学***，对于较复杂***还可能包括除主次镜以外的其他非球面镜或者平面反射镜。
用上述基于自准平面镜的长焦距光学***焦距测量装置进行长焦距光学***焦距测量的方法，该方法包括如下步骤：
（1）将干涉仪置于使其焦点位于待测光学***的焦面处；将平面镜放置于细分多齿分度台上，置于待测光学***出光口；
（2）利用干涉仪和平面镜，采用自准直干涉检测方法检测待测光学***的波像差；
（3）将焦面探测CCD安置于电动导轨上；然后将焦面探测CCD和电动导轨放置于待测光学***的焦面处；
（4）调节多齿分度台的角度，带动平面镜转动，焦面处返回的像点被CCD接收，调节CCD前后位置使其像点最小，即可将CCD探测靶面置于待测光学***焦面，记录此时像点质心像素坐标a；
（5）继续调节多齿分度台角度，使其转动角度θ ，则返回平行光束角度变化2θ；
（6）由电动导轨带动CCD平移，接收新的像点位置，记录电动导轨移动量d1和此时像点质心像素坐标b；
（7）根据电动导轨移动量d1、CCD探测像点质心坐标变化(b-a)和CCD像素大小h即可计算处像点移动距离d=d1+h*(b-a)；则***焦距f为f=d/tan(2θ)；
（8）重复步骤（5）-（7），多次测量***焦距取平均值即可得到***焦距。
所述的长焦距光学***焦距测量的方法，步骤（2）中所述自准直干涉检测方法是基于干涉仪和平面反射镜的检测方法，由干涉仪发出球面波，会聚于待测***焦面后，由待测***多次反射变为平行光出射，由平面镜反射沿原路返回，再由待测***多次反射后变为球面波前，由干涉仪接收进行***波像差检测。
所述的长焦距光学***焦距测量的方法，步骤（8）中所述测量次数为3-10次。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征等同替换所组成的技术方案。本发明的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。
Claims (6)
1.一种基于自准平面镜的长焦距光学***焦距测量装置，其特征是：包括置于待测光学***出口位置的平面镜、置于待测光学***焦面上的焦面探测CCD，以及干涉仪；所述干涉仪的焦点位于所述待测光学***的焦面上，所述焦面探测CCD安装在垂直设置的电动导轨上，所述平面镜设置在细分多齿分度台上。
2.根据权利要求1所述的基于自准平面镜的长焦距光学***焦距测量装置，其特征是：所述的待测光学***包括主镜和次镜，光束由主镜和次镜反射后，在焦面处成像。
3.根据权利要求2所述的基于自准平面镜的长焦距光学***焦距测量装置，其特征是：所述的主镜采用凹反射镜，所述次镜采用凹反射镜或凸反射镜。
4.一种用上述基于自准平面镜的长焦距光学***焦距测量装置进行长焦距光学***焦距测量的方法，其特征是：该方法包括如下步骤：
（1）将干涉仪置于使其焦点位于待测光学***的焦面处；将平面镜放置于细分多齿分度台上，置于待测光学***出光口；
（2）利用干涉仪和平面镜，采用自准直干涉检测方法检测待测光学***的波像差；
（3）将焦面探测CCD安置于电动导轨上；然后将焦面探测CCD和电动导轨放置于待测光学***的焦面处；
（4）调节多齿分度台的角度，带动平面镜转动，焦面处返回的像点被CCD接收，调节CCD前后位置使其像点最小，即可将CCD探测靶面置于待测光学***焦面，记录此时像点质心像素坐标a；
（5）继续调节多齿分度台角度，使其转动角度θ ，则返回平行光束角度变化2θ；
（6）由电动导轨带动CCD平移，接收新的像点位置，记录电动导轨移动量d1和此时像点质心像素坐标b；
（7）根据电动导轨移动量d1、CCD探测像点质心坐标变化(b-a)和CCD像素大小h即可计算处像点移动距离d=d1+h*(b-a)；则***焦距f为f=d/tan(2θ)；
（8）重复步骤（5）-（7），多次测量***焦距取平均值即可得到***焦距。
5.根据权利要求4所述的长焦距光学***焦距测量的方法，其特征是：步骤（2）中所述自准直干涉检测方法是基于干涉仪和平面反射镜的检测方法，具体是：由干涉仪发出球面波，会聚于待测光学***焦面后，由待测光学***多次反射变为平行光出射，由平面镜反射沿原路返回，再由待测光学***多次反射后变为球面波前，由干涉仪接收进行***波像差检测。
6.根据权利要求4所述的长焦距光学***焦距测量的方法，其特征是：步骤（8）中所述测量次数为3-10次。
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