[发明专利]一种基于莫尔条纹匹配的长焦距透镜焦距测量方法

说明书

技术领域

本发明属于光学测试领域，尤其涉及一种基于莫尔条纹匹配的长焦距透镜焦距测量方法。

背景技术

惯性约束核聚变是人类利用激光控制核聚变的有效途径，使核聚变按照人类的需要释放出相应的能量，从而获得可控的核聚变能源，使人类彻底摆脱能源短缺的困扰。长焦距透镜是惯性约束核聚变中非常关键的基础部件，发挥着越来越重要的作用，而且所需的焦距越来越长，口径也越来越大。在大型系统中，比如国家点火装置，长焦距透镜是关键的聚光元件，这些透镜的焦距长达几十米。长焦距透镜的使用需要相应的检测技术，但是目前高精度检测特别是精确到几毫米甚至几百微米的测量仍然存在很多困难，例如高精度的检测受到外界干扰特别是空气扰动和外界震动的影响难以消除，而且检测系统中待测透镜的像差随着焦距的增大对焦点位置的测量影响也增大，很难实现高精度测量。因此易于实现的高精度长焦距测量方法和装置具有非常大的应用空间和非常重要的应用领域。

申请人2011年申请了一项专利申请号为201110252061.3、名称为《一种高精度长焦距透镜的焦距检测装置》的发明专利，该专利的说明书中提到了一种焦距检测的方法，该方法需要测量第一朗奇光栅和第二朗奇光栅的栅线夹角来计算待测长焦距透镜焦距值，而第一朗奇光栅和第二朗奇光栅的栅线夹角测量的精确度限制了焦距测量精度的提高。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种基于莫尔条纹图匹配的长焦距透镜焦距测量方法。本发明采用匹配莫尔条纹的方法，不需要测量第一朗奇光栅和第二朗奇光栅的栅线夹角，提高了长焦距透镜的焦距检测精度。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于莫尔条纹匹配的长焦距透镜焦距测量方法，包括以下步骤：

步骤1：激光器发出的光经显微物镜和针孔后形成一个初始发散光束，入射到第一朗奇光栅上，再入射到第二郎奇光栅，调节第一郎奇光栅和第二郎奇光栅之间的距离，使得第一朗奇光栅的泰伯像和第二朗奇光栅在毛玻璃上形成莫尔条纹，用CCD相机采集条纹，得到初始条纹角度                                                ；量出此时针孔到第一朗奇光栅的距离，即为初始发散光束的焦距；

步骤2：在针孔和第一郎奇光栅之间放入待测长焦距透镜；

步骤3：同步移动激光器、显微物镜和针孔，激光器发出的光经显微物镜和针孔后形成一个新的发散光束，入射到待测长焦距透镜上，再经第一朗奇光栅和第二朗奇光栅，第一朗奇光栅的泰伯像和第二朗奇光栅在毛玻璃上形成新的莫尔条纹，用CCD相机采集条纹，得到此时条纹角度；

步骤4：对比和，如果，那么新的发散光束与待测透镜的组合焦距和初始发散光束的焦距相同，进入下一步骤；如果和不相等，则重复步骤3，直到；

步骤5：量出此时针孔到待测长焦距透镜前表面的距离和待测长焦距透镜前表面到第一朗奇光栅的距离；通过组合焦距公式：

即可得到待测透镜的焦距；

式中，为待测长焦距透镜的中心厚度，为待测长焦距透镜玻璃的折射率，为待测长焦距透镜前表面的曲率半径，为待测长焦距透镜后表面的曲率半径。

本发明的有益效果是：

1. 本发明使用莫尔条纹匹配技术，相比较于传统的基于莫尔条纹的长焦距测试技术而言，不需要测量两光栅栅线夹角。使用前后两次莫尔条纹角度相同作为判据，具体值不用于计算待测长焦距透镜的焦距。

2. 本发明可以用于检测几米至几十米的焦距范围，激光器、显微物镜、针孔可以沿着光轴精密移动，测量不同焦距透镜时，只需移动激光器、显微物镜、针孔达到合适的位置，就可以准确的测量焦距且有高的重复性精度，光路简单，易于实现。

附图说明

图1是本发明步骤1的示意图；

图2是本发明步骤2和3的示意图；

图中：激光器1、物镜2、针孔3、第一郎奇光栅4、第二郎奇光栅5、毛玻璃6、CCD相机7、待测长焦距透镜8。

具体实施方式

如图所示，本发明基于莫尔条纹匹配的长焦距透镜焦距测量方法包括以下步骤：

步骤1：如图1所示，激光器1发出的光经显微物镜2和针孔3后形成一个初始发散光束，入射到第一朗奇光栅4上，再入射到第二郎奇光栅5，调节第一郎奇光栅4和第二郎奇光栅5之间的距离，使得第一朗奇光栅4的泰伯像和第二朗奇光栅5在毛玻璃6上形成莫尔条纹，用CCD相机7采集条纹，得到初始条纹角度；量出此时针孔3到第一朗奇光栅4的距离，即为初始发散光束的焦距。