[发明专利]长焦距大口径透镜的焦距测量方法及装置

说明书

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400mm×500mm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果。

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1024×1024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，依次获取取样直线内相同条纹像素块的偏移量，并根据获取莫尔条纹移动量S，其中n为取样直线内条纹像素块的个数，S_n，n+1的为第n个条纹像素块的偏移量。

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。

所述步骤3)中根据获取同一组两个取样点区域的波前斜率α，其中p为光栅周期，d_T是泰伯效应的泰伯距离，S为莫尔条纹移动量。

所述步骤5)中采用最小二乘法获取拟合波面的最接近球面时，根据

ΔR=Σ0NΔiN]]>

查找Δ_R最小时对应的球面作为最接近球面，其中Δi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。

本发明还提供一种长焦距大口径透镜的焦距测量装置，包括平行光束发射单元、莫尔条纹产生单元、图像采集单元和焦距计算处理单元，所述平行光束发射单元、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、第二郎奇光栅和半透明成像屏，所述图像采集单元和焦距计算处理单元相连，所述图像采集单元采集所述半透明成像屏上的莫尔条纹并输出至焦距计算处理单元。

作为本发明装置的进一步改进：