一种阵列式透镜焦距一致性测量装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种阵列式透镜焦距一致性测量装置，所述测量装置包括固定架、点光源、圆形达曼光栅、会聚透镜和电荷耦合元件，所述点光源位于阵列式透镜的一侧，所述圆形达曼光栅、会聚透镜和电荷耦合元件位于阵列式透镜的另一侧，所述点光源发出光依次经过阵列式透镜、圆形达曼光栅和会聚透镜，并且聚焦在电荷耦合元件上，本实用新型采用待测阵列式透镜跟标准阵列式透镜的比对测量，利用一阶圆环达曼光栅对准直光束的高度敏感性，通过直接测量电荷耦合元件上的2个衍射环间距，即可计算出阵列式透镜焦距的一致性结果，结构简单、体积小巧、成本低廉、计算简便、结果准确度高。
【专利说明】
一种阵列式透镜焦距一致性测量装置
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及焦距测量装置技术领域，具体而言，涉及一种阵列式透镜焦距一 致性测量装置。
【背景技术】
[0002]在大型高功率固体激光系统中，空间滤波器透镜模块是由4X 1方式排列的相同焦 距的聚焦透镜组成的，该阵列式模块排列为高度方向上4束，水平方向1束，整体作为在线可 替换单元。空间滤波器主要功能是用于系统光束控制，如滤波、扩束、控制光束传输方向、以 及为光束注入和测量取样提供位置等。根据高功率激光装置的总体设计，其多程放大和4 X 2的阵列化组合结构对光学元件一致性要求非常高，对空间滤波器透镜焦距的一致性提出 了很高的要求，要求同一类透镜焦距偏差小于±0.5%。涉及使用到的空间滤波器透镜焦距 可长达30余米，对这些阵列式长焦透镜焦距一致性的测量，将直接关系到激光系统的安装、 空间滤波效果以及焦斑位置，是激光装置输出性能的保证。
[0003]目前工程中一般采用绝对焦距测量方法来代替一致性的测量，这种方式在测量长 焦透镜时成本高，操作相对复杂。比如在用的焦距绝对检测方法有泰伯-莫尔法和组合透镜 法。泰伯-莫尔法对环境要求较高，环境变化对焦距测量结果影响明显，不适用用于实际作 业环境中；而组合透镜法需要相应口径的干涉仪和光栅尺，无法用于阵列式透镜的焦距检 测。这两种方法用直接测量焦距值的方式来表征不同透镜之间的焦距一致性，付出了不必 要的代价，不适合阵列式焦距一致性的现场测量。针对空间滤波器阵列式透镜焦距一致性 的高精度要求，目前尚没有具备满足所需焦距长度、多口径检测、复杂检测环境的快速检测 方法。 【实用新型内容】
[0004] 针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种阵列式透镜焦距一致性测 量装置，本实用新型中的阵列式透镜焦距一致性测量装置利用标准阵列式透镜搭建固定检 测光路，标定出该装置中标准阵列式透镜离焦量跟接收器上焦点之间的比例关系。测量过 程中，将标准阵列式透镜更换成待测阵列式透镜后测量焦点相对变化量来测得同一类待测 阵列式透镜的焦距一致性。焦点变化量的测量是在每一个光路中增加达曼光栅，一阶圆环 达曼光栅对准直光束具有高度敏感性，并且达曼光栅体积小巧、成本低廉、对环境波动不敏 感，有利于实现阵列式透镜焦距一致性的快速测定。
[0005] 为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
[0006] -种阵列式透镜焦距一致性测量装置，所述测量装置包括固定架、点光源、圆形达 曼光栅、会聚透镜和电荷耦合元件，所述点光源位于阵列式透镜的一侧，所述圆形达曼光 栅、会聚透镜和电荷耦合元件位于阵列式透镜的另一侧，所述点光源发出的光依次经过阵 列式透镜、圆形达曼光栅和会聚透镜，并且聚焦在电荷耦合元件上，所述点光源、圆形达曼 光栅、会聚透镜和电荷耦合元件分别固定在固定架上。
[0007] 进一步，所述圆形达曼光栅采用一阶圆形达曼光栅。
[0008] 进一步，所述圆形达曼光栅的通光口径大于50mm。
[0009] 进一步，所述会聚透镜的透射波前小于0.1λ，其中λ = 632.8ηηι。
[0010] 进一步，所述测量装置还包括固定卡槽。
[0011] 另，本实用新型还提供一种如上所述的测量装置测定阵列式透镜焦距的方法，包 括以下步骤：
[0012] (1)选取标准阵列式透镜，调整标准阵列式透镜的位置，使电荷耦合元件上的衍射 环为1个，测量点光源跟标准阵列式透镜之间的距离 Zl;
[0013] (2)在光轴方向上移动标准阵列式透镜，使电荷耦合元件上呈现2个衍射环，测出 标准阵列式透镜的移动量△ f和电荷耦合元件上2个衍射环的间距△ d;
[0014] (3)重复步骤(2)，得到至少2组Δ f和Δ d，按照公式Δ f = bi* Δ d+Ci进行曲线拟合， 其中bi和Ci为实数，得到bi和Ci的值；
[0015] (4)将待测的阵列式透镜放在固定位置，在电荷耦合元件上读取2个衍射环的间距 A Cl1，根据步骤(3)所述的公式计算得到Δ h，从而得到待测阵列式透镜的焦距偏差Δ fV Zio
[0016] 本实用新型的基本原理：
[0017] 本实用新型中使用待测阵列式透镜跟标准阵列式透镜比对测量方法，比对的结果 使用一阶圆形达曼光栅传递到电荷耦合元件上。当待测阵列式透镜焦距跟标准阵列式透镜 一致时，入射到达曼光栅上的是理想准直光，接收器上的两个衍射环几乎重合在一起；当待 测阵列式透镜焦距跟标准阵列式透镜焦距有差别时，入射到达曼光栅上的不是理想准直 光，接收器上将出现两个衍射环，且两个衍射环之间的间距随着待测阵列式透镜焦距偏差 的增大而增大。本实用新型中点光源到待测阵列式透镜的距离由标准阵列式透镜固定为z， 移动标准阵列式透镜产生不同离焦量得到对应的衍射环间距，可标定出该装置离焦量跟衍 射环间距之间的比例关系。
[0018] 本实用新型的有益效果如下：
[0019] 1、本实用新型利用待测阵列式透镜跟标准阵列式透镜之间的比对测量，直观快速 给出焦距的一致性指标，满足工程使用要求；
[0020] 2、本实用新型利用一阶圆环达曼光栅对准直光束的高度敏感性，结合会聚透镜和 电荷耦合元件，通过直接测量电荷耦合元件上的2个衍射环间距，即可计算出阵列式透镜的 焦距，结构简单、体积小巧、成本低廉、计算简便、结果准确度高；
[0021] 3、本实用新型利用多组相同的测量装置可一次得到阵列式透镜中所有透镜的焦 距结果，快速便捷，不受焦距长度的限制。
【附图说明】
[0022] 图1为本实用新型的整体结构示意图；
[0023] 图2为本实用新型实施例一拟合曲线图。
[0024] 图中：1一阵列式透镜，21-固定架，22-固定架，3-点光源，4一圆形达曼光栅， 5-会聚透镜，6-电荷耦合元件，7-固定卡槽，8-光束。
【具体实施方式】
[0025] 为了使本领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合本实用新型的 附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普 通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请 保护的范围。
[0026] 实施例一：
[0027]如图1所示，一种阵列式透镜焦距一致性测量装置，所述测量装置包括固定架21、 固定架22、点光源3、圆形达曼光栅4、会聚透镜5、电荷耦合元件6 ((XD)和固定卡槽7，每一组 点光源3、圆形达曼光栅4和会聚透镜5均为同光轴设置，阵列式透镜1为4X1模块，其中点光 源3为4路，并且依次固定在固定架21上，所述点光源3位于阵列式透镜1的一侧，固定卡槽7 位于阵列式透镜1的下方，用于快速固定阵列式透镜1，该固定卡槽7跟点光源3之间的距离 通过激光测距仪测得，并固定为标准阵列式透镜1的焦距值。所述圆形达曼光栅4、会聚透镜 5和电荷耦合元件6位于阵列式透镜1的另一侧，所述点光源3发出的光束8依次经过阵列式 透镜1、圆形达曼光栅4和会聚透镜5,并且聚焦在电荷耦合元件6上。所述点光源3、圆形达曼 光栅4、会聚透镜5和电荷耦合元件6分别固定在固定架22上。所述圆形达曼光栅4采用一阶 圆形达曼光栅，所述圆形达曼光栅4的通光口径大于50mm，所述会聚透镜5的透射波前小于 〇.1入，其中 λ = 632·8ηπι〇
[0028]点光源3发出的球面波经过标准阵列式透镜后成为准直光束，经过圆形达曼光栅 4、会聚透镜5后聚焦到(XD6上。移动标准阵列式透镜前后位置产生不同的离焦量，(XD6上会 出现双环衍射，可以通过计算得到衍射环间距跟离焦量之间的比例关系。将标准阵列式透 镜换成待测阵列式透镜，根据CCD6上的双环间距得到阵列中每个透镜的焦距偏差，以最大 偏差作为阵列式透镜焦距一致性的评价指标。
[0029] 一种利用上述的测量装置测定阵列式透镜焦距的方法，包括以下步骤：
[0030] (1)选取标准阵列式透镜，放入图1中所示位置，调整标准阵列式透镜1的位置，使 电荷耦合元件6上的衍射环为1个，测出点光源3到最上方的透镜的距离，记为Z 1;
[0031] (2)在光轴方向上移动标准阵列式透镜，使电荷耦合元件6上呈现2个衍射环，测量 最上方的标准透镜的移动量△ f (即离焦量)和电荷親合元件6上2个衍射环的间距Δ d; [0032] (3)重复步骤(2)，得到Af和Ad的值，具体数值如表1所示，按照公式AfibAAd +C1进行曲线拟合，拟合曲线结果如图2所示，图2中横坐标为衍射环的间距AcU纵坐标为离 焦量Af，拟合后得到最上方的透镜的bdPCi的值，8^: = 9.28,(^ = 3.874;
[0033] (4)将标准阵列式透镜换成待测的阵列式透镜1，放在固定卡槽7中，在电荷耦合元 件6上读取2个衍射环的间距△ cU，根据步骤(3)所述的公式计算得到△ h，从而得到待测阵 列式透镜的AfVzlc3
[0034] 表1测量得到的标准阵列式透镜的离焦量与衍射环间距数值
[0036] 例如，光束8经过待测的阵列式透镜1最上方的透镜，该透镜焦距值为2500mm，在 CCD6上形成2个衍射环，2个衍射环的间距为0 · 5mm，即Δ di = 0 · 5mm，将该数值带入上述步骤 得到的关系式Δ f: = 9.28 Δ cU+3.874，得到Δ f: = 8.5 Imm，待测的阵列式透镜1最上方的透 镜焦距偏差A Azizi = O.34%，用相同方法测得其余透镜的焦距偏差，以最大偏差作为阵列 式透镜焦距一致性的结果。
[0037] 此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包 含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当 将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员 可以理解的其他实施方式。
【主权项】
1. 一种阵列式透镜焦距一致性测量装置，其特征在于，所述测量装置包括固定架、点光 源、圆形达曼光栅、会聚透镜和电荷耦合元件，所述点光源位于阵列式透镜的一侧，所述圆 形达曼光栅、会聚透镜和电荷耦合元件位于阵列式透镜的另一侧，所述点光源发出的光依 次经过阵列式透镜、圆形达曼光栅和会聚透镜，并且聚焦在电荷耦合元件上，所述点光源、 圆形达曼光栅、会聚透镜和电荷耦合元件分别固定在固定架上。2. 根据权利要求1所述的阵列式透镜焦距一致性测量装置，其特征在于，所述圆形达曼 光栅采用一阶圆形达曼光栅。3. 根据权利要求2所述的阵列式透镜焦距一致性测量装置，其特征在于，所述圆形达曼 光栅的通光口径大于50_。4. 根据权利要求1所述的阵列式透镜焦距一致性测量装置，其特征在于，所述会聚透镜 的透射波前小于0 · U，其中λ = 632 · 8nm〇5. 根据权利要求1-4任一所述的阵列式透镜焦距一致性测量装置，其特征在于，所述测 量装置还包括固定卡槽。
【文档编号】G01M11/02GK205580709SQ201620358016
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年4月26日
【发明人】叶海仙, 熊召, 袁晓东, 曹庭分, 徐旭, 刘长春, 陈海平, 全旭松, 周海
【申请人】中国工程物理研究院激光聚变研究中心