[發明專利]一種基于數字全息的透鏡焦距測量裝置及方法

有效

• 申請號: 202110017744.4
• 申請日: 2021-01-07
• 公開（公告）號: CN112611548B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 樓宇麗;陳曉雪;李重光;代夢詩;孫其華
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02;G01M11/04
• 代理公司: 昆明隆合知識產權代理事務所(普通合伙) 53220
• 代理人: 龍燕

本發明公開一種基于數字全息的透鏡焦距測量裝置及方法，屬于透鏡焦距測量技術領域。本發明所述方法使通過待測透鏡的物光波與一束參考光波發生干涉，改變參考光波面半徑，用電荷耦合器件在干涉場中記錄干涉圖像，再通過分析干涉圖像信息及參考光波波面半徑的改變量測量出待測透鏡的焦距值；該方法不涉及復雜光程的直接測量，無需修正測量結果，減小實驗誤差，對數字全息圖重建及透鏡焦距測量方法給予有益的參考。

技術領域

本發明涉及一種基于數字全息的透鏡焦距測量裝置及方法，屬于透鏡焦距測量技術領域。

背景技術

透鏡是組成光學系統的最基本的元件；在全息術中，透鏡的焦距值對于圖像重構是一個重要參量，對于投影尺寸遠大于電荷耦合元件面陣尺寸的物體，為較好地接收物光場信息，通常需要選擇合適的光學系統對物光場進行變換，此時透鏡距值準確與否將直接影響到重構圖像的質量，因此透鏡焦距的準確測量是十分必要的；現有測量透鏡焦距的方法都比較簡單易行，但是精度和準確性不高，達不到數字全息技術中對焦距的精度要求；已有的利用干涉法測量透鏡焦距的方法需要測量較長距離的光程，測量過程較為繁瑣，測量精度差。

發明內容

鑒于此，本發明的目的在于提供了一種基于數字全息的透鏡焦距測量裝置，該裝置結構簡單、操作方便，能通過數字全息圖測量待測透鏡的焦距，只需要測量參考光波波面半徑的改變量，無需測量較長光程，無需修正測量結果，減小實驗誤差，提高測量精度。

本發明的技術方案是：一種基于數字全息的透鏡焦距測量裝置，包括激光器1、分光棱鏡Ⅰ2、分光棱鏡Ⅱ3、光學反射鏡Ⅰ4、光學反射鏡Ⅱ5、擴束鏡Ⅰ6、擴束鏡Ⅱ7、針孔濾波器Ⅰ8、針孔濾波器Ⅱ9、準直透鏡10、待測凹透鏡11、光電荷耦合器件12、計算機13；激光器1發射出激光照射在分光棱鏡Ⅰ2上；分光棱鏡Ⅰ2、分光棱鏡Ⅱ3、光學反射鏡Ⅰ4和光學反射鏡Ⅱ5在光學平臺上構成一個馬赫-增德光路系統，其中分光棱鏡Ⅰ2和光學反射鏡Ⅰ4在同一條垂直線上，分光棱鏡Ⅰ2和光學反射鏡Ⅱ5在同一條水平線上，光學反射鏡Ⅱ5和分光棱鏡Ⅱ3在同一條垂直線上，分光棱鏡Ⅱ3和光學反射鏡Ⅰ4在同一條水平線上；光學反射鏡Ⅰ4和分光棱鏡Ⅱ3之間依次設有擴束鏡Ⅰ6、針孔濾波器Ⅰ8、準直透鏡10、待測凹透鏡11；光學反射鏡Ⅱ5和分光棱鏡Ⅱ3之間依次設有擴束鏡Ⅱ7和針孔濾波器Ⅱ9；光電荷耦合器件12為CCD，設置于分光棱鏡Ⅱ3的后方，并在能接收到干涉球面波的范圍內，用于記錄參物光干涉全息圖，并輸送給計算機13，通過計算機13數值再現。

進一步的，本發明所述各個光學元件的中心要和激光器1發射出的激光以及整個光路的中心光軸處于同一直線上，確保每一個器件都得到充分利用。

本發明的另一目的在于提供一種基于數字全息的透鏡焦距測量方法，具體包括以下步驟：

（1）激光器1發射出激光照射在分光棱鏡Ⅰ2上，經分光棱鏡Ⅰ2后形成兩束光：一束依次經過光學反射鏡Ⅰ4、擴束鏡Ⅰ6、針孔濾波器Ⅰ8、準直透鏡10、待測凹透鏡11后通過分光棱鏡Ⅱ3成像在光電荷耦合器件12的光敏面上，為物光；另一束球面波作為參考光波，依次經過光學反射鏡Ⅱ5、擴束鏡Ⅱ7、針孔濾波器Ⅱ9、分光棱鏡Ⅱ3后與物光在光電荷耦合器件12光敏面上干涉形成干涉條紋，即數字全息圖；所述物光和參考光的夾角以及光強比必須嚴格調整合適，干涉效果才能達到最好，形成數字全息圖。

（2）測量待測凹透鏡11與光電荷耦合器件12之間的距離為d₀，再通過分析干涉圖像及參考光波波面半徑的改變量△dr，根據激光器1的波長λ、數字全息圖中相鄰圓環之間的直徑的平方差G及參考光波波面半徑改變之后相鄰圓環之間的直徑的平方差，由公式得出到達光電荷耦合器件12光敏面上的干涉球面波波面半徑d，最后根據幾何光學原理，用公式f=d₀-d計算出待測凹透鏡11的焦距f。

本發明所述經過待測凹透鏡后的物光為球面波，經過擴束鏡Ⅱ、和針孔濾波器Ⅱ后的參考光也為球面波。