[发明专利]一种基于实验光线追迹原理的透镜焦距测量技术与装置

权利要求书

1.一种基于实验光线追迹原理的透镜焦距测量方法，其特征包括以下步骤：

第一步，部署一套测量装置，包括：激光器(1)；一分二光纤分束器(2)；第一 光纤 (3)；第二 光纤 (4)；第一 薄膜分光镜(5)；第二 薄膜分光镜(6)；第一 无镜头CCD摄像机(7)；第二 无镜头CCD摄像机(8)；压电陶瓷管(9)；计算机(10)；千分表(11)；标准透镜/待测透镜；

第二步：获得初始状态的干涉条纹信息，方法如下：从激光器出射的激光通过一分二光纤分束器分别耦合到第一 光纤和第二 光纤中，第一 光纤有一段缠绕在可径向伸缩的压电陶瓷管上从而引入移相，从第一 光纤端面衍射的球面波透过第一 薄膜分光镜，与从第二 光纤端面衍射并被第一 薄膜分光镜反射的球面波发生干涉，干涉波面通过第二 薄膜分光镜分别被第一 无镜头CCD摄像机和第二 无镜头CCD摄像机采集；调节第一 光纤的端面使其与第二 光纤的端面关于第一 薄膜分光镜离焦，此时两个无镜头CCD摄像机上的干涉条纹皆为同心圆环，调节第一 无镜头CCD摄像机和第二 无镜头CCD摄像机，使同心圆环的圆心位于两个无镜头CCD摄像机的中心，使用计算机采集和处理移相干涉图，找到两个无镜头CCD摄像机上干涉条纹的中心位置，即光敏面上的初始零位；以下步骤都是在此装置固定的情况下进行的；

第三步：标定两个 无镜头 CCD 摄像机 的间距 l，把已知焦距f₀的标准透镜置于第一薄膜分光镜和第二 薄膜分光镜之间，调节标准透镜使干涉条纹中心与无镜头 CCD 摄像机中心重合并采集干涉图，给标准透镜施加一定的离轴量h₁，并用千分表监测，再采集干涉图，求出两个无镜头CCD摄像机上干涉图极值位置到光轴的距离差d₁，根据以下公式计算出两个无镜头 CCD 摄像机的间距l：

第四步：通过光线追迹测量待测透镜的焦距，在完成以上步骤的基础上，取下标准透镜，把待测透镜置于第一 薄膜分光镜和第二 薄膜分光镜之间，调节待测透镜，使两个无镜头CCD摄像机上的干涉条纹中心与无镜头 CCD 摄像机 中心重合并采集干涉图，给待测透镜施加一系列离轴位移量h₂，并用千分表监测，分别测出两成像面中相位极值位置到光轴的距离差d₂，拟合d₂-h₂直线得到系数k，利用以下公式，计算出待测透镜的焦距f₁：

f₁＝k*l。

2.如权利要求1所述的一种基于实验光线追迹原理的透镜焦距测量方法，适用于由两个点光源确定的任意空间入射光线的追迹，或者其通过光学系统后出射光线的追迹；若事先准确标定两个无镜头CCD摄像机的间距l，只需测量两成像面中相位极值点到光轴的距离差d，便可以利用下式计算出所追迹光线与光轴z的夹角u：

u＝tan^-1(d/l)。