基于斐索干涉仪的透镜焦距测量装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于斐索干涉仪的透镜焦距测量装置及方法。本发明通过在斐索涉仪装置中，先后在干涉腔中插入两块不同厚度的平行平板，来引入物点和像点的轴向位移，实现透镜焦距的测量。首先将玻璃平板放置在猫眼位置，当测试光路中不放置平行平板时，通过移相干涉测量得到测试波前数据W1和参考波前数据W0之差W1-W0。分别将两个不同厚度的平行平板置在测试光路中，通过移相干涉测量得出两个不同的波差W2-W0和波面W3-W0。采用波前差分算法通过计算求得波差W2-W1、波差W3-W1和高斯成像公式，推导出透镜焦距的计算公式。本发明采用非接触式的测量方法避免了对透镜表面的损坏，同时该发明适用于正负透镜焦距的测量。
【专利说明】基于斐索干涉仪的透镜焦距测量装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光学测量【技术领域】，特别是一种基于斐索干涉仪的透镜焦距测量装置及方法。
【背景技术】
[0002]焦距是表征光学系统的一个非常重要的参数，透镜焦距测量最简单最直接的方法就是用平行光照射被测透镜，然后测量从被测透镜到焦点的距离得到透镜的焦距；但是焦点的位置与照射的平行光的准直性直接相关，而且焦点的位置很难精确的确定，特别是当透镜的焦距很长的时候。
[0003]传统的焦距测量方法有放大倍率法、精密测角法、频谱分析法及泰伯-莫尔法等。其中放大倍率法和精密测角法在测量长焦透镜时，要求平行光管透镜焦距是被测透镜焦距的3-5倍以上，一般长焦透镜焦距都大于lm，即平行光管需要设计在3-5m以上，且受光具座长度限制，操作不方便，比较适合测量短焦透镜焦距；频谱分析法测试精度较高，但是需要昂贵的输入设备和频谱面的输出测量设备，普通实验条件下无法进行测量，且比较适合测量中短距离焦距。泰伯-莫尔法利用泰伯“自成像”和莫尔条纹图的放大特性进行长焦测量，但是精度较低，使用该方法的精度在2%-4%之间，不能满足焦距精度要求闻的系统。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种基于斐索干涉仪的透镜焦距测量装置及方法，在保证测量精度的基础上，对透镜的焦距实现了非接触式的测量，同时还可以实现正负透镜焦距的测量。
[0005]实现本发明目的的技术方案为:一种基于斐索干涉仪的透镜焦距测量装置包括斐索干涉仪、测试透镜、平行平板、玻璃平板；其中，测试透镜、平行平板、玻璃平板沿光路方向顺次排列，构成测试透镜焦距的干涉光路。
[0006]所述的基于斐索干涉仪的透镜焦距测量装置，所述的平行平板是标准nBK7玻璃平行平板。
[0007]基于斐索干涉仪所述的透镜焦距测量装置的测量方法，透镜焦距测量检测方法步骤为:
[0008]I)分别测得第一平行平板和第二平行平板的厚度，根据已知的平行平板的折射率，确定测试光经过第一平行平板所引入的像点的轴向位移Al' i为:
【权利要求】
1.一种基于斐索干涉仪的透镜焦距测量装置，其特征在于:包括斐索干涉仪(I)、测试透镜(2)、平行平板(3)和玻璃平板(4);其中，测试透镜(2)、平行平板(3)、玻璃平板(4)沿光路方向顺次排列，构成测试透镜焦距的干涉光路。
2.根据权利要求1所述的基于斐索干涉仪的透镜焦距测量装置，其特征在于:所述的平行平板(3)是标准nBK7玻璃平行平板。
3.一种基于权利要求1所述的斐索干涉仪的透镜焦距测量装置的测量方法，其特征在于，透镜焦距测量检测步骤为: 1)分别测得第一次测量的平行平板(3)和第二次测量的平行平板(3)的厚度，根据已知的平行平板(3)的折射率，确定测试光经过第一平行平板所引入的像点的轴向位移Δ I 为:
确定测试光经过第二平行平板所引入的像点的轴向平移八1’2为:
式中，η为平行平板的折射率，Ii1为第一平行平板的厚度，h2为第二平行平板的厚度； 2)测试光路中不引入平行平板，将玻璃平板(4)调整至猫眼位置，利用多步移相算法对所得到的干涉条纹图进行数据处理，得到未引入平行平板时的测试波前W1与参考波前Wtl的波差W1-Wtl ； 3)测试光路中引入第一平行平板，保持玻璃平板位置不动，调节第一平行平板的位置，使得干涉条纹同心圆环中心与CCD探测器的中心重合；利用多步移相算法对所得到的干涉条纹图进行数据处理，得到引入第一平行平板时的测试波前W2与参考波前Wtl的波差W2-Wtl ；基于波前差分算法，计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多项式进行波面拟合,得到AW1的各项Zernike多项式系数:
其中，a0为常数项系数，a3为离焦项系数，a8初级球差项系数，a15为二阶球差项系数，a24为三阶球差项系数，Λ I1为第一平行平板所引入的物点的轴向位移，NA为数值孔径； 由此，求得数值孔径NA为:
第一平行平板所引入的物点的轴向位移Al1S:
4)测试光路中引入第二平行平板，保持玻璃平板位置不动，调节第二平行平板的位置，使干涉条纹同心圆环中心与CCD探测器的中心重合；利用多步移相算法对所得到的干涉条纹图进行数据处理，得到引入第二平行平板的测试波前W3与参考波前Wtl的波差W3-Wtl ;基于波前差分算法，可计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多项式进行波面拟合,得到AW2的各项Zernike多项式系数:
其中，Al2为第二平行平板所引入的物点的轴向位移。 由此，求得数值孔径NA为:
第二平行平板所引入的物点的轴向位移八12为:
5)当在测试光路中引入第一平行平板时，第一平行平板所引入的物点的轴向位移为Al1，第一平行平板所引入的像点的轴向位移为Al' i，则根据高斯成像公式可得，
式中，I为未引入平行平板时的物距，I’为未引入平行平板时的像距，f’为测试透镜的焦距； 在测试光路中引入第二平行平板时，第二平行平板所引入的物点的轴向位移为Λ12，第二平行平板所引入的像点的轴向位移为Λ I’ 2，则根据高斯成像公式可得，
由此可得测试透镜⑵的焦距f’为:
【文档编号】G01M11/02GK104165758SQ201410439298
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年8月29日 优先权日:2014年8月29日
【发明者】高志山, 杨忠明, 田雪, 王凯亮, 王新星, 窦健泰, 袁群 申请人:南京理工大学