紫外透镜焦距测量的原理和方法

紫外辐射穿过一定厚度的材料时,几乎没有材料可以避免吸收,紫外辐射的衰减会按照Beer-Lambert法则指数式进行

材料越厚,衰减越严重。适用于紫外的透明材料很少,材料本身价格高昂,同时紫外材料表面的误差必须控制在5%波长,加工难度很大,所以常规透射式平行光管不适用于紫外波段的测试,为此我们研究了一种基于反射式平行光管的紫外透镜焦距测试方法。图8.40为所用的反射式平行光管的光路图,利用离轴反射镜和平面反射镜制成反射式平行光管,以紫外光的反射代替透射,规避了透紫外材料的使用。

图8.40　反射式平行光管的光路图

以此设计的焦距测量系统的光学结构如图8.41所示。

图8.41　焦距测量系统的光学结构

整个系统利用物像之间的比例关系来测量紫外透镜的焦距。焦距计算公式为

式中:y为玻罗板上某一线对的间距,单位为mm;y′为读数显微镜测得的对应线对的间距,单位为mm;f为离轴镜的焦距,单位为mm;f′为被测紫外镜头的焦距,单位为mm。

玻罗板用来为本套测量系统提供所需刻线图案,应具备刻线清晰、尺寸明确等特点,是测量系统的基准元件。玻罗板上的刻线间距设计需要考虑探测器的读数精度和接收范围。本文用紫外像增强器作为探测器,所以最后玻罗板刻线图像必须大于像增强器分辨率要求的最小宽度,结合式(8.3)与偶然误差综合原则[1]可得

式中:a为像增强器的分辨率,单位为lp/mm;η为精度分配中给探测器读数的相对精度;f0为离轴镜的焦距,单位为mm。

令,则有

同时玻罗板刻线间距又必须小于像增强器所能成像的最大有效距离,即(www.xing528.com)

式中:L理论上为像增强器阴极面的有效直径,单位为mm;考虑到最后利用读数显微镜读数,这里L取读数显微镜的刻度范围,单位为mm。

令k2=Lf0,则有

综合式(8.5)和式(8.7),可得出玻罗板的刻线间距y与被测光学系统焦距f′的关系为

玻罗板刻线间距与被测光学焦距的关系如图8.42所示,在两曲线之间的便是可以取的玻罗板刻线间距。

图8.42　玻罗板刻线间距与被测光学焦距的关系

结合图8.42,并综合考虑设备的通用性和测量范围,最后设计的分划板如图8.43(a)和图8.43(b)所示。玻罗板上刻了5对线,第1对线线距为1mm、第2对线线距为2mm、第3对线线距为4mm、第4对线线距为10mm、第5对线线距为20mm。玻罗板设计为除了5对线允许紫外光线通过,其余地方均涂上了遮挡紫外光线的涂层。

图8.43　玻罗板设计图

(a)具体设计;(b)实物

靶像测量装置由紫外像增强器、读数显微镜、三维调节机构组成。紫外像增强器可将人眼不可见的紫外辐射图像转化为可见光图像[2～3],本套测量系统紫外像增强器选用规格为φ18mm的紫外像增强器,其阴极面和荧光屏直径都为18mm,图像缩放比为1∶1,分辨率为40 lp/mm。读数显微镜用以对紫外像增强器荧光屏所呈现的玻罗板图案刻线进行放大测量,整体放大倍数为20倍,测量范围为8mm,读数精度为0.01mm。三维调节机构用以对紫外镜头、紫外像增强器和读数显微镜的位置、中心高等进行调节,以确保在测试过程中,测试系统光轴一致。靶像测量装置实物如图8.44所示。

图8.44　靶像测量装置实物

1—紫外像增强器;2读数显微镜;3—三维调节机构。