专利名称：长焦距大口径透镜的焦距测量方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学仪器检测领域，具体涉及一种长焦距大口径光学元件的焦距测量方法及装置。
背景技术：
大型高功率激光系统一般都具有大量的光学组件，例如国内ICF激光驱动器、美国国家点火装置(NIF)及法国兆焦耳激光工程(Mega-Joule Project)中，都使用上千件各类光学组件；我国的神光III系统中仅400mmX500mm以上的各类口径光学组件就有8000 件，其中用于空间滤波和聚焦的长焦距系统就有1000件左右。因此长焦距大口径光学组件系统是大型高功率激光系统中光学组件的重要组成部分，要实现大型高功率激光系统的精确工作，必需对这些长焦距大口径光学元件进行有效的参数检测。长焦距大口径光学元件由于口径大，焦距长(从几米到几十米)，空气扰动等干扰因素严重影响测试的精度，同时由于球面特别是非球面加工的误差会严重影响焦距值。而对高功率激光系统来说，长焦距大口径光学元件焦距的测定以及焦点的定位，将直接影响激光系统的安装和空间滤波效现有基于泰伯效应(Talbot效应)莫尔条纹的长焦距测试方法将莫尔条纹的偏转角度与被测透镜的焦距建立数学关系，通过测量莫尔条纹的偏转角度，求得被测透镜的焦距，使得在有限空间范围内完成焦距大于10米的透镜焦距参数测试。但是，该方法测试精度受角度测量精度的限制，在目前10MX10M图像分辨率的条件下，焦距测试精度仅达到 0. 1%，因此整体检测精度较低，限制了长焦距大口径光学元件以及大型高功率激光系统的应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种检测快速、检测精度高、简单方便、结构紧凑的长焦距大口径透镜的焦距测量方法及装置。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为一种长焦距大口径透镜的焦距测量方法，其实施步骤如下1)依次将平行光束照射被测透镜一侧的取样点，采集从被测透镜取样点另一侧透出光线泰伯效应的莫尔条纹图像；2)获取多组距离小于平行光束直径的两个取样点所获得莫尔条纹图像的莫尔条纹移动量；3)依次根据所述莫尔条纹移动量获取被测透镜对应两个取样点区域的波前斜率；4)将各波前斜率拟合形成一个连续的拟合波面；5)采用最小二乘法获取所述拟合波面的最接近球面，获取所述最接近球面的球面半径。
作为本发明方法的进一步改进所述步骤2)中获取莫尔条纹移动量时，在莫尔条纹图像上设置一条与莫尔条纹不平行的取样直线，在取样直线内查找两幅莫尔条纹图像的相同条纹像素块，依次获取取
权利要求
1.一种长焦距大口径透镜的焦距测量方法，其特征在于其实施步骤如下1)依次将平行光束照射被测透镜一侧的取样点，采集从被测透镜取样点另一侧透出光线泰伯效应的莫尔条纹图像；2)获取多组距离小于平行光束直径的两个取样点所获得莫尔条纹图像的莫尔条纹移动量；3)依次根据所述莫尔条纹移动量获取被测透镜对应两个取样点区域的波前斜率；4)将各波前斜率拟合形成一个连续的拟合波面；5)采用最小二乘法获取所述拟合波面的最接近球面，获取所述最接近球面的球面半径。
2.根据权利要求1所述的长焦距大口径透镜的焦距测量方法，其特征在于所述步骤 2)中获取莫尔条纹移动量时，在莫尔条纹图像上设置一条与莫尔条纹不平行的取样直线， 在取样直线内查找两幅莫尔条纹图像的相同条纹像素块，依次获取取样直线内相同条纹像
3.根据权利要求2所述的长焦距大口径透镜的焦距测量方法，其特征在于所述步骤2)中获取莫尔条纹移动量时，从取样直线的两端分别沿着取样直线查找两幅莫尔条纹图像的相同条纹像素块，并将两次获得的莫尔条纹移动量取平均值作为最终的莫尔条纹移动量。
4.根据权利要求3所述的长焦距大口径透镜的焦距测量方法，其特征在于所述步骤(ρλ3)中根据sinaaf- 获取同一组两个取样点区域的波前斜率α，其中ρ为光栅周期，dTJ是泰伯效应的泰伯距离，S为莫尔条纹移动量。
5.根据权利要求1 4中任意一项所述的长焦距大口径透镜的焦距测量方法，其特征在于所述步骤幻中采用最小二乘法获取拟合波面的最接近球面时，根据 ΛHir查找Δ κ最小时对应的球面作为最接近球面，其中Ai为球面上第i点与拟合波面上对应点之间的偏差值，N为计算偏差值时的取样点数量。
6.一种长焦距大口径透镜的焦距测量装置，其特征在于包括平行光束发射单元(1)、 莫尔条纹产生单元O)、图像采集单元C3)和焦距计算处理单元G)，所述平行光束发射单元(1)、莫尔条纹产生单元( 分别设于待测透镜的两侧，所述莫尔条纹产生单元( 包括依次平行布置的第一郎奇光栅(21)、第二郎奇光栅0 和半透明成像屏(23)，所述图像采集单元C3)和焦距计算处理单元(4)相连，所述图像采集单元C3)采集所述半透明成像屏 (23)上的莫尔条纹并输出至焦距计算处理单元G)。
7.根据权利要求6所述的长焦距大口径透镜的焦距测量装置，其特征在于所述焦距计算处理单元(4)包括用于计算两幅莫尔条纹图像的莫尔条纹移动量的条纹偏移获取单元(41)、用于根据莫尔条纹移动量获取波前斜率的波前斜率获取单元(42)、用于根据波前斜率拟合形成的拟合波面的波面拟合单元(43)和用于根据拟合波面获取最接近球面球面半径的焦距获取单元(44)，所述条纹偏移获取单元(41)、波前斜率获取单元(42)、波面拟合单元(43)和焦距获取单元(44)依次相连。
8.根据权利要求6或7所述的长焦距大口径透镜的焦距测量装置，其特征在于所述平行光束发射单元(1)包括激光器(11)和用于将激光器(11)发出的光束扩大的准直扩束镜(12)。
9.根据权利要求8所述的长焦距大口径透镜的焦距测量装置，其特征在于所述平行光束发射单元(1)还包括二维导轨，所述激光器(11)和准直扩束镜(12)活动设置于所述二维导轨上。
10.根据权利要求9所述的长焦距大口径透镜的焦距测量装置，其特征在于所述半透明成像屏(23)为毛玻璃屏，所述图像采集单元(3)包括成像镜头(31)和用于获取所述毛玻璃屏上的莫尔条纹图像的CCD图像采集模块(32)，所述CCD图像采集模块(32)与焦距计算处理单元(4)相连。
全文摘要
本发明公开了一种长焦距大口径透镜的焦距测量方法及装置，方法实施步骤如下1)依次将平行光束照射被测透镜一侧的取样点，采集透出光线泰伯效应的莫尔条纹图像；2)获取多组距离小于平行光束直径的两个取样点莫尔条纹图像的莫尔条纹移动量；3)依次根据所述莫尔条纹移动量获取被测透镜对应两个取样点区域的波前斜率；4)将各波前斜率拟合形成一个连续的拟合波面；5)采用最小二乘法获取所述拟合波面的最接近球面，获取所述最接近球面的球面半径；装置包括平行光束发射单元、莫尔条纹产生单元、图像采集单元和图像处理单元。本发明可以有效实现大口径长焦距透镜的焦距测量，具有测量精度高、适应性好、操作简单方便的优点。
文档编号G01M11/02GK102331336SQ20111016096
公开日2012年1月25日 申请日期2011年6月15日 优先权日2011年6月15日
发明者侯昌伦 申请人:浙江大学