一種基于光場(chǎng)相機(jī)的凹面腔鏡曲率半徑測(cè)量方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于光場(chǎng)相機(jī)的凹面腔鏡曲率半徑測(cè)量方法，該方法首先使用平行光沿光軸方向照射凹面腔鏡，生成一束匯聚于一點(diǎn)的光線，然后利用光場(chǎng)相機(jī)對(duì)經(jīng)過匯聚點(diǎn)以后發(fā)散的光線成像，通過光場(chǎng)相機(jī)原始圖像計(jì)算得到該發(fā)散光束的波前，從而得到該束光線匯聚點(diǎn)的位置，最后可由幾何尺寸關(guān)系得到凹面腔鏡的曲率半徑。該方法通過使用光場(chǎng)相機(jī)測(cè)量平面波傳輸經(jīng)過凹面腔鏡后形成的球面波的波前信息，計(jì)算出波前傳輸過程中凹面腔鏡對(duì)波前的調(diào)制作用的大小，而后間接計(jì)算出凹面腔鏡的曲率半徑，為測(cè)量凹面腔鏡曲率半徑提供一個(gè)便捷的非接觸式的方法。

A method for measuring curvature radius of concave mirror based on optical field camera

The invention discloses a light field camera concave mirror curvature radius measurement method based on the method, first use the parallel light irradiation direction along the optical axis concave mirror, generating a beam converge at a point of light, then the light field camera on the focal point after the divergence of the light into the image, get the wavefront divergence by light field camera original image calculation, so as to obtain the light beam focal point position, the radius of curvature of the concave mirror can be obtained finally by geometry relationship. The spherical wave formed by the concave mirror wavefront information using light field camera measurement plane wave transmission, calculate the wave transmission modulation effect in the process of the size of the concave mirror wavefront, then indirectly calculated curvature radius of the concave mirror, provides a convenient method for the non-contact measurement for concave mirror radius of curvature.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種基于光場(chǎng)相機(jī)的凹面腔鏡曲率半徑測(cè)量方法
本專利技術(shù)涉及凹面腔鏡曲率半徑測(cè)量的
，尤其涉及一種基于光場(chǎng)相機(jī)的凹面腔鏡曲率半徑測(cè)量方法。
技術(shù)介紹
凹面腔鏡廣泛應(yīng)用于激光技術(shù)、光腔衰蕩技術(shù)等現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)中。凹面腔鏡曲率半徑的測(cè)量一直是光學(xué)器件加工、檢測(cè)和使用過程中的重要環(huán)節(jié)。目前，腔鏡曲率半徑的測(cè)量技術(shù)主要分為兩類：接觸式測(cè)量和非接觸式測(cè)量。接觸式測(cè)量原理簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)法是目前比較通用的接觸測(cè)量方法，它通過三坐標(biāo)測(cè)頭的空間移動(dòng)來獲取全口徑測(cè)量數(shù)據(jù)，然后采用最小二乘擬合的方法計(jì)算得到曲率半徑。該方法測(cè)量精度較高，可實(shí)現(xiàn)中小口徑腔鏡的曲率半徑測(cè)量，但是該方法在測(cè)量過程中需要多次接觸被測(cè)元件容易造成元件表面損傷，測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)。另一類是非接觸測(cè)量，例如激光干涉測(cè)量，該測(cè)量方法可實(shí)現(xiàn)腔鏡曲率半徑的高精度測(cè)量，但是干涉測(cè)量操作過程很復(fù)雜，且易受環(huán)境因素影響，所以測(cè)量效率低，測(cè)量成本高。近些年，光場(chǎng)相機(jī)以其獨(dú)特的性能逐漸進(jìn)入各行業(yè)科研工作者視線，相比傳統(tǒng)相機(jī)，光場(chǎng)相機(jī)在主鏡和感光芯片之間放置了一塊微透鏡陣列，從而可以實(shí)現(xiàn)在記錄光線強(qiáng)度信息的同時(shí)記錄光線的方向信息。研究表明，光場(chǎng)相機(jī)可以記錄空間目標(biāo)物點(diǎn)的波前信息。因此，本專利技術(shù)就是基于光場(chǎng)相機(jī)波前采集的功能提出一種原理簡(jiǎn)單、操作便捷、低成本、非接觸的腔鏡曲率半徑檢測(cè)的方法，可實(shí)現(xiàn)凹面腔鏡曲率半徑快速、準(zhǔn)確的測(cè)量。在本專利技術(shù)中，在使用平行光沿光軸照射凹面腔鏡時(shí)，凹面腔鏡會(huì)將平行光的平面波前調(diào)制成匯聚的球面波，光波通過匯聚點(diǎn)(凹面腔鏡的焦點(diǎn))后會(huì)變成發(fā)散的球面波。由于匯聚點(diǎn)的位置與凹面腔鏡的曲率半徑有直接關(guān)系，所以可以通過計(jì)算光束匯聚點(diǎn)的位置來推算凹面腔鏡的曲率半徑。本專利技術(shù)通過使用光場(chǎng)相機(jī)測(cè)量記錄發(fā)散的球面波的波前信息，計(jì)算該球面波前球心所在位置(凹面腔鏡焦點(diǎn)位置)，然后由幾何尺寸關(guān)系得到凹面腔鏡的曲率半徑，從而提供了一個(gè)便捷的非接觸式的為凹面腔鏡曲率半徑測(cè)量方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問題是：目前，現(xiàn)有腔鏡曲率半徑的測(cè)量技術(shù)各有優(yōu)點(diǎn)但是也存在各種各樣的問題，接觸式測(cè)量原理簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，但該方法在測(cè)量過程中需要多次接觸被測(cè)元件容易造成元件表面損傷，且測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)，一般只適用于中小口徑腔鏡的曲率半徑測(cè)量。非接觸測(cè)量可實(shí)現(xiàn)腔鏡曲率半徑的高精度測(cè)量，但是干涉測(cè)量操作過程很復(fù)雜，易受環(huán)境因素影響，測(cè)量效率低，測(cè)量成本高。本專利技術(shù)解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種基于光場(chǎng)相機(jī)的凹面腔鏡曲率半徑測(cè)量方法，包括以下步驟：步驟(1)、使用平行光源沿光軸照射凹面腔鏡，得到匯聚光束；步驟(2)、利用光場(chǎng)相機(jī)對(duì)經(jīng)過匯聚點(diǎn)以后發(fā)散的光束成像，并計(jì)算得到該發(fā)散光束的波前；步驟(3)、通過波前推算光束匯聚點(diǎn)的位置，再由幾何尺寸關(guān)系得到凹面腔鏡的曲率半徑。更進(jìn)一步的，所述步驟(2)中光場(chǎng)相機(jī)對(duì)發(fā)散光束成像時(shí)需要適當(dāng)調(diào)整光場(chǎng)相機(jī)與腔鏡的之間距離使得光束盡量在更多的微透鏡上成像，由此可對(duì)波前做更多次采樣，從而更為準(zhǔn)確得計(jì)算發(fā)散光束的波前。更進(jìn)一步的，所述步驟(3)中所述推算光束匯聚點(diǎn)其實(shí)就是球形發(fā)散光束的球心位置，在得到發(fā)散光束的波前表達(dá)式后，該發(fā)散光束的球心位置也就可以計(jì)算得到。更進(jìn)一步的，所述步驟(3)中所述由幾何尺寸關(guān)系得到凹面腔鏡的曲率半徑的過程是：步驟(3)中所述由幾何尺寸關(guān)系得到凹面腔鏡的曲率半徑的過程是：得到光束匯聚點(diǎn)的位置其實(shí)就是得到了匯聚點(diǎn)到光場(chǎng)相機(jī)之間的距離，而后凹面腔鏡的曲率半徑即凹面腔鏡到匯聚點(diǎn)之間的距離可由腔鏡與光場(chǎng)相機(jī)之間的距離減去匯聚點(diǎn)到光場(chǎng)相機(jī)之間的距離得到。本專利技術(shù)的原理是：一種基于光場(chǎng)相機(jī)的凹面腔鏡曲率半徑測(cè)量方法，該方法通過使用光場(chǎng)相機(jī)測(cè)量平面波傳輸經(jīng)過凹面腔鏡后形成的球面波的波前信息，計(jì)算出在波前傳輸過程中凹面腔鏡對(duì)波前的調(diào)制作用的大小，根據(jù)凹面腔鏡的調(diào)制作用大小與其曲率半徑之間的比例關(guān)系間接計(jì)算出凹面腔鏡的曲率半徑大小，為測(cè)量凹面腔鏡曲率半徑提供一個(gè)便捷的非接觸式的方法。本專利技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)：本專利技術(shù)基于光場(chǎng)相機(jī)波前采集的功能提出一種原理簡(jiǎn)單、操作便捷、低成本、非接觸的腔鏡曲率半徑檢測(cè)的方法。首先，本方法所述方法可快速、準(zhǔn)確檢測(cè)凹面腔鏡的曲率半徑，適用于批量生產(chǎn)的凹面鏡的曲率檢測(cè)；其次，基于光場(chǎng)相機(jī)波前采集的曲率檢測(cè)方法，只需一幀圖像便可得到測(cè)量結(jié)果，無需人工干預(yù)，有利于凹面鏡生產(chǎn)與檢測(cè)；再次，相比傳統(tǒng)的測(cè)量方法，該方法在測(cè)量過程中無需配套標(biāo)準(zhǔn)件(如千分尺、高精度激光測(cè)距裝置)，因此無需復(fù)雜的操作，使得測(cè)量效率高；最后，本方法對(duì)所測(cè)量的凹面鏡尺寸沒有硬性要求，因此該方法可適用于尺寸大小不一的凹面鏡，間接提高了該測(cè)量方法的魯棒性。附圖說明圖1為本專利技術(shù)的基本流程圖。圖2為基于光場(chǎng)相機(jī)的凹面腔鏡曲率半徑測(cè)量原理示意圖。具體實(shí)施方式為使本專利技術(shù)的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，結(jié)合本專利技術(shù)中涉及的方法，采用簡(jiǎn)化模型，對(duì)基于光場(chǎng)相機(jī)的凹面腔鏡曲率半徑測(cè)量方法的原理進(jìn)行介紹，以此對(duì)本專利技術(shù)進(jìn)一步詳細(xì)說明。本專利技術(shù)是基于光場(chǎng)相機(jī)波前采集的功能提出的一種原理簡(jiǎn)單、操作便捷、低成本、非接觸式的腔鏡曲率半徑檢測(cè)的方法。該方法在測(cè)量過程中無需配套標(biāo)準(zhǔn)件，測(cè)量效率高。下面對(duì)采用具體實(shí)例對(duì)基于光場(chǎng)相機(jī)的凹面腔鏡曲率半徑測(cè)量方法進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖1所示，一種基于光場(chǎng)相機(jī)的凹面腔鏡曲率半徑測(cè)量方法，具體包括如下步驟：(1)、使用平行光源沿光軸照射凹面腔鏡，得到匯聚光束，為了方便采集到發(fā)散光束，如圖2所示在腔鏡前放置了半反半透鏡將由腔鏡反射回來的光束與原光束路徑分離，以便光場(chǎng)相機(jī)采集反射光束；(2)、利用光場(chǎng)相機(jī)對(duì)經(jīng)過匯聚點(diǎn)以后發(fā)散的光束成像，并計(jì)算得到該發(fā)散光束的波前，然后由光場(chǎng)相機(jī)采集到的原始圖像信息與光場(chǎng)相機(jī)的物理參數(shù)推算出光場(chǎng)相機(jī)主鏡前球面波的波前S：(x-x0)2+(y-y0)2+(z-z0)2＝r2其中Q0(x,y,z)是波前S上任意一點(diǎn)，P0(x0,y0,z0)為該光束的匯聚點(diǎn)，也就是球面波的球心位置，也是凹面腔鏡的焦點(diǎn)位置,r是該球面波前的半徑。(3)、通過波前推算光束匯聚點(diǎn)P0(x0,y0,z0)的位置，即得到了圖2中的距離Q，由于距離G和H可由卷尺等長(zhǎng)度測(cè)量工具測(cè)量而得到，故由幾何尺寸關(guān)系可得到凹面腔鏡的曲率半徑R為：R＝P+H＝G-Q+H從以上步驟可得到凹面腔鏡的曲率半徑，該方法通過使用光場(chǎng)相機(jī)測(cè)量平面波傳輸經(jīng)過凹面腔鏡后形成的球面波的波前信息S，計(jì)算出在波前傳輸過程中凹面腔鏡對(duì)波前的調(diào)制作用的大小，然后根據(jù)幾何尺寸關(guān)系間接計(jì)算出凹面腔鏡的曲率半徑大小，為測(cè)量凹面腔鏡曲率半徑提供一個(gè)便捷的非接觸式的方法。由上述過程可以發(fā)現(xiàn)本專利技術(shù)提出的腔鏡曲率半徑檢測(cè)方法在測(cè)量過程中無需配套標(biāo)準(zhǔn)件，是一種原理簡(jiǎn)單、操作便捷、低成本、測(cè)量效率高、非接觸式的測(cè)量方法。以上所述，僅為本專利技術(shù)中的具體實(shí)施方式，但本專利技術(shù)的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本專利技術(shù)所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本專利技術(shù)的權(quán)利要求書的保護(hù)范圍之內(nèi)。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于光場(chǎng)相機(jī)的凹面腔鏡曲率半徑測(cè)量方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟(1)、使用平行光源沿光軸照射凹面腔鏡，得到匯聚光束；步驟(2)、利用光場(chǎng)相機(jī)對(duì)經(jīng)過匯聚點(diǎn)以后發(fā)散的光束成像，并計(jì)算得到該發(fā)散光束的波前；步驟(3)、通過波前推算光束匯聚點(diǎn)的位置，再由幾何尺寸關(guān)系得到凹面腔鏡的曲率半徑。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于光場(chǎng)相機(jī)的凹面腔鏡曲率半徑測(cè)量方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟(1)、使用平行光源沿光軸照射凹面腔鏡，得到匯聚光束；步驟(2)、利用光場(chǎng)相機(jī)對(duì)經(jīng)過匯聚點(diǎn)以后發(fā)散的光束成像，并計(jì)算得到該發(fā)散光束的波前；步驟(3)、通過波前推算光束匯聚點(diǎn)的位置，再由幾何尺寸關(guān)系得到凹面腔鏡的曲率半徑。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于光場(chǎng)相機(jī)的凹面腔鏡曲率半徑測(cè)量方法，其特征在于：步驟(2)中光場(chǎng)相機(jī)對(duì)發(fā)散光束成像時(shí)需要適當(dāng)調(diào)整光場(chǎng)相機(jī)與腔鏡之間距離使得光束盡量在更多的微透鏡上成像，由此可對(duì)波前做更多次采樣，從而更為準(zhǔn)確得計(jì)算發(fā)散光束...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：欒銀森，許冰，湯國(guó)茂，楊平，何星，王帥，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：四川,51