本發(fā)明涉及凹面腔鏡曲率半徑測(cè)量的技術(shù)領(lǐng)域，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。

背景技術(shù)：

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(guò)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(guò)三坐標(biāo)測(cè)頭的空間移動(dòng)來(lái)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(guò)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(guò)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，本發(fā)明就是基于光場(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。

在本發(fā)明中，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(guò)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(guò)計(jì)算光束匯聚點(diǎn)的位置來(lái)推算凹面腔鏡的曲率半徑。本發(fā)明通過(guò)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)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)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(wèn)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(guò)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(guò)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。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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。

本發(fā)明的原理是：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(guò)使用光場(chǎng)相機(jī)測(cè)量平面波傳輸經(jīng)過(guò)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(guò)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。

本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明基于光場(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(wú)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(guò)程中無(wú)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(wú)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(méi)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(shuō)明

圖1為本發(fā)明的基本流程圖。

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

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，結(jié)合本發(fā)明中涉及的方法，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)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明是基于光場(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(guò)程中無(wú)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(shuō)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(lái)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(guò)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(guò)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(guò)使用光場(chǎng)相機(jī)測(cè)量平面波傳輸經(jīng)過(guò)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(guò)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(guò)程可以發(fā)現(xiàn)本發(fā)明提出的腔鏡曲率半徑檢測(cè)方法在測(cè)量過(guò)程中無(wú)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，僅為本發(fā)明中的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍之內(nèi)。