【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及光學元件焦距測量領域，是一種基于泰伯-莫爾技術的全視場頻率分析的高精度焦距測量儀器。
技術介紹
1、在光學、天文學和軍事技術等領域，光學反射鏡的精確測量不僅是這些領域發展的基石，也是推動技術創新的關鍵因素，同時也推動具有更長焦距和更大口徑的透鏡的需增長，因此開發相關精密測量技術變得尤為重要。目前，長焦距光學元件的焦距特別是長焦距測量主要依賴于傳統方法和基于泰伯-莫爾條紋的技術。盡管這些方法在特定條件下表現出色，但它們在處理光學反射鏡時面臨諸多挑戰，尤其是在高精度、長焦距光學元件測量仍然性能不足。
2、本專利技術提出了一種創新的方法，該方法結合了半導體光纖激光器、遠心鏡頭和泰伯-莫爾技術的全視場頻率分析等技術。半導體光纖激光器以其穩定性和優異的光束質量而聞名，為精確測量光學反射鏡焦距提供了理想的光源。遠心鏡頭的關鍵優點是能在聚焦圖像區域，x,y,z三個維度幾乎無視差成像，可以有效消除由機械系統角度誤差引起的測量誤差。全視場頻率分析技術可以高精度提取泰伯-莫爾技術頻率和寬度，從而高精度得出光學鏡焦距。
3、本專利技術提出的方法不僅提高了測量精度，也增強了系統的穩定性和可靠性。這種集成方法的另一個優勢是它的操作簡便性和便攜性，更適合現場測量和快速部署。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種測量精度高，穩定性好的泰伯-莫爾條紋全視場頻率分析的透鏡焦距測量裝置。
2、如圖1所示，本專利技術的高精度焦距測量裝置包括1、半導體光纖激光器
3、如圖2所示，激光波長為λ，第一光柵g1的柵距和第二g2的柵距為均p，第一光柵g1到待測透鏡的距離為s，待測透鏡的焦距為f，一束準直平行光束垂直照射第一光柵g1時，在第一光柵g1后面的一定距離處出現光柵g1的像，稱為泰伯像，此時，第一光柵g1與像之間的距離為泰伯距離zt，此時有：
4、
5、在泰伯距離上，泰伯像的光強
6、
7、光柵g1泰伯像的光柵柵距p1t為:
8、
9、第二光柵g2放置在g1泰伯像位置，利用第一光柵g1的泰伯自成像與第二光柵g2的柵線存在夾角，疊加形成莫爾條紋。
10、如圖3所示，設主光柵g1靜止不動，指示光柵g2左右運動。光柵柵距分別為w1和w2，且w1>w2，如w1<w2，旋轉坐標系到w2為垂直，重新定義w1，w2。
11、兩光柵夾角為θ，柵距分別為w1和w2，且w1>w2，設
12、
13、則有，莫爾條紋傾角α：
14、
15、莫爾條紋間距m：
16、
17、如圖4(a)所示，仿真如下：垂直柵線w1＝4.22mm，斜柵線w2＝4mm，斜直柵線夾角θ＝1°，摩爾條紋傾角α＝-71.4405°，摩爾寬度m＝72.9501mm，摩爾寬度/柵線(m/w2)＝17.2868。
18、如圖4(b)所示，仿真如下：垂直柵線w1＝4.22mm，斜柵線w2＝4mm,斜直柵線夾角θ＝18.58°，滿足α＝0°條件，摩爾條紋傾角α＝0.0022282°，摩爾寬度m＝12.5538mm，摩爾寬度/柵線(m/w2)＝2.9748。
19、音圈電機步進m步(0,…,l,…m-1)，每步步長δd，m＝np，p為光柵柵距，此時相機拍攝m幀光柵莫爾條紋全視場圖像。設音圈電機每步的相位分布為：
20、δθ＝2π/n???????????????????????????(1.7)
21、覆蓋莫爾條紋周期和頻率：
22、t0＝m/n,f0＝1/t0???????????????????????(1.8)
23、相機像素(x,y)信號：
24、g(x,y,l)＝r{1+v?cos[φ(x,y)+l·δθ]}·w(l)?????????????(1.9)
25、其中φ是光柵莫爾的空間相位，r和v分別為莫爾條紋dc分量和對比度，w(l)為音圈電機步進采樣窗口函數。其頻域表達式為：
26、g(x,y,f)＝q{w(f)+0.5[w(f-f0)]eiφ(x,y)+[w(f+f0)]e-iφ(x,y)}???(1.10)
27、其中w(f)是音圈電機步進采樣窗口的頻域表達式，f0是莫爾條紋頻率，q為常數。在頻率f0處解調信號，有：
28、s(l)＝im[w(l)e-i·l·δθ],c(l)＝re[w(l)e-i·l·δθ]?????????????(1.11)
29、要求dc影響在調制頻率處歸零，則滿足條件一：
30、
31、要求負頻率影響在調制頻率處歸零，則滿足條件二：
32、
33、
34、滿足上述條件一和二的4個方程是泰伯莫爾條紋相位分析iq平衡式編碼與解碼條件。iq平衡式編碼與解碼條件方程是多解方程，要求恰當設計音圈電機相移和采樣窗口函數滿足其要求，本項目設計表1，確定公式(1.11)s(l)和c(l)值。
35、表1：31步π/4掃描法，表中lδθ有2套數據，對應相應的w(j)。
36、
37、此時，有i和q：
38、
39、最后，有光柵泰伯莫爾條紋的空間卷繞相位分布iq平衡式解碼方程
40、φw(x,y)＝arctan(i/q)???(1.16)
41、它卷繞在[-π,π]之間，通過解卷繞得出光柵泰伯莫爾條紋的空間全場相位分布ф(x,y)。
42、設莫爾條紋相位的平面方程為ax+by+cφ+d＝0(c≠0)，其中φ為平面相位，有：
43、φ＝ax+by+c???(1.17)
44、
45、如有n個點需要擬合(xipha,yipha,φipha),ipha＝1,2,...,n。應用最優化方法有：
46、
47、最后求出a，b，c得出平面相位分布φ(x,y)，其最大梯度方向截線：
48、
49、沿最本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.基于泰伯-莫爾技術的全視場頻率分析的高精度焦距測量儀器，其特征在于，點光源發出的光經過光路傳播到達待測透鏡后，經待測透鏡反射到第一光柵，在第一光柵上形成泰伯像，將第二光柵放置在泰伯距離上，光經過第二光柵，與第一光柵疊加形成莫爾條紋，用遠心鏡頭設計系統采集泰伯-莫爾條紋圖像。
2.基于泰伯-莫爾技術的全視場頻率分析的高精度焦距測量儀器，其特征在于使用單縱模半導體激光器作為光源，所發出的光為點光源。通過半導體激光控制器控制溫度和電流可以精確調制半導體光纖激光器發出光的波長到所要求的范圍之內。
3.基于泰伯-莫爾技術的全視場頻率分析的高精度焦距測量儀器，其特征在于，使用光纖將光源光導入系統。
4.基于泰伯-莫爾技術的全視場頻率分析的高精度焦距測量儀器，其特征在于，所述成像鏡頭使用遠心鏡頭設計，將孔徑光闌放置在透鏡焦點之一，遠心鏡頭的入口或出口光瞳或兩者均位于無窮遠。遠心鏡頭產生的圖像可以在x,y,z三個維度幾乎無視差成像，可以有效消除由機械系統角度誤差引起的測量誤差。
【技術特征摘要】
1.基于泰伯-莫爾技術的全視場頻率分析的高精度焦距測量儀器，其特征在于，點光源發出的光經過光路傳播到達待測透鏡后，經待測透鏡反射到第一光柵，在第一光柵上形成泰伯像，將第二光柵放置在泰伯距離上，光經過第二光柵，與第一光柵疊加形成莫爾條紋，用遠心鏡頭設計系統采集泰伯-莫爾條紋圖像。
2.基于泰伯-莫爾技術的全視場頻率分析的高精度焦距測量儀器，其特征在于使用單縱模半導體激光器作為光源，所發出的光為點光源。通過半導體激光控制器控制溫度和電流可以精確調...
【專利技術屬性】
技術研發人員：農淇深，張煒森，劉多盛，聶君航，鐘振權，周延周，
申請(專利權)人：廣東工業大學，
類型：發明
國別省市：
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