[发明专利]测量光学系统参数的测量装置及其测量方法

权利要求书

1.一种测量光学系统参数的测量装置，其特征在于，包含：

光源(1)，为短相干光源；

聚焦镜(2)，位于光源(1)下方；

针孔(3)，位于聚焦镜(2)的下方焦距处；

准直透镜(4)，位于针孔(3)下方；

分光镜(5)，位于准直透镜(4)下方；

一维移动台，水平设置在分光镜(5)的一侧；

角反射镜(6)，设置在所述的一维移动台上，随所述的一维移动台进行精确移动；

CCD电荷耦合器件(8)，水平设置在分光镜(5)的另一侧；

可移动聚焦透镜(7)，设置在所述分光镜(5)和CCD器件(8)之间；

调焦望远镜(9)，位于分光镜(5)的下方；

精密旋转台(14)，位于调焦望远镜(9)下方，该精密旋转台上放置被测光学系统(10)，带动被测光学系统(10)做精密旋转。

2.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述的光源(1)采用短相干长度发光二极管。

3.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述的准直透镜(4)具有很好的消除球差。

4.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述的一维移动台采用机械粗位移加压电陶瓷精位移的方式共同构成，既可以实现较大范围内的移动，又能在较小范围内进行精确移动。

5.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述的调焦望远镜(9)包含两组镜片，第一组镜片(9a)为负焦距透镜组，第二组镜片(9b)为正焦距透镜组。

6.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述的测量装置还包含：

分光片(11)，设置在所述分光镜(5)和CCD器件(8)之间；

光电探测器(13)，接收分光镜(5)分出的光；

小孔(12)，设置在光电探测器(13)之前。

7.一种利用上述测量装置来测量光学系统参数的测量方法，包含以下步骤：

步骤1、在精密旋转台(14)上固定被测光学系统(10)；

步骤2、打开光源(1)，将可移动聚焦透镜(7)移入分光镜(5)和CCD(8)中间；

步骤3、调节调焦望远镜(9)，将物镜焦点和被测物镜最上面一个表面的球心调重合，此时将会看到CCD(8)上有一个不断变小的聚焦光斑，当光斑最小时就说明焦点和表面的球心重合；

步骤4、移出可移动聚焦透镜(7)，并且根据光学设计值调节角反射镜(6)的移动距离，直到CCD(8)上出现干涉条纹；

步骤5、移动精密旋转台(14)，同时记录CCD(8)上的条纹变化，测量精密旋转轴和反射表面的倾斜或偏心；

步骤6、调节被测光学系统(10)的位置，让其被测物镜上表面的光轴位置与精密旋转台(14)的旋转轴重合；

步骤7、前后移动一维移动台，同时记录一维移动台的位置和CCD(8)上的条纹信息，CCD(8)上的条纹从消失到出现再到消失；

步骤8、通过记录的一维移动台的位置和CCD(8)上的条纹信息，计算光学镜片轴中心位置条纹的对比度最强位置，记录此时的一维移动台位置作为该被测物镜的反射面的位置；

步骤9、同理测量其他被测物镜反射面的位置，由于不同表面的光轴都不相同，所以最终将所有表面最接近的光轴调到和旋转轴重合，通过记录不同反射表面对应的角反射镜(6)的位置，就能测量得到不同透镜之间的间距；

步骤10、将角反射镜测得的间距除以相应光学材料的折射率，得到透镜的厚度。

8.如权利要求7所述的测量方法，其特征在于，短相干光源干涉信号的识别采用中心条纹的识别方法，干涉的强度I输出的表达式为：

I＝I1+I2+2×sqrt(I1×I2)×|γ(x)|×cos(kx+)；

式中：I1、I2为两干涉信号强度，k为波数，x为两干涉信号光程差，为初始相位，γ(x)为光源自相关函数，sqrt为平方根运算；

通过移动找到探测器接收到的最佳条纹对比度位置，就能找到光程差ΔX为零，中间位置为光程差零位，当光程差ΔX偏离零位时，干涉对比度会越来越小直到消失，通过这种方法可以实现1um以内的光学间距检测精度。