高功率雷射遠場焦面測量相機的製作方法
2023-04-29 21:04:01
專利名稱：高功率雷射遠場焦面測量相機的製作方法
技術領域：
本發明屬光學領域，涉及一種測量相機，尤其涉及一種高功率雷射遠場焦面測量相機，能夠完成雷射高通量情況下光學系統的焦面漂移量測量以及雷射遠場光斑的形狀測量。
背景技術：
在目前雷射測量系統中，存在低功率和高功率兩個測量階段，低功率階段是高功率階段測量的準備階段，兩個階段功率相差IO6左右。在高功率階段，由於雷射的功率很高， 雷射束的波面較低功率階段雷射束的波面會產生較大的變化。對於雷射測量系統而言，光束波面的變化，會產生雷射遠場焦面的變化，包括遠場焦面漂移以及遠場光斑形狀，這種變化對雷射測量系統是不能容許的。通常，為確定高功率階段雷射測量系統遠場焦面的變化以便對系統進行修正，需要在此階段進行多次高通量試驗，並且，每隔一定的階段都需要重新進行此類試驗，這種高通量試驗對系統內部的光學元件具有很大的破壞性，大大降低了光學元件的使用壽命，延長了雷射測試的周期，造成了財力、時間和人力的很大浪費。
發明內容
為了解決背景技術中存在的上述技術問題，本發明提供了一種在高功率階段只需一次試驗即可得出遠場焦面變化，同時可以給出焦面光斑的形狀的高功率雷射遠場焦面測量相機。本發明的技術解決方案是本發明提供了一種高功率雷射遠場焦面測量相機，其特殊之處在於所述高功率雷射遠場焦面測量相機包括測量相機楔板以及焦面測量相機探測器；所述入射至測量相機楔板的入射光經測量相機楔板反射後形成反射光；所述焦面測量相機探測器設置於經測量相機楔板反射後所形成的反射光路上。上述高功率雷射遠場焦面測量相機還包括焦面測量相機會聚透鏡；所述焦面測量相機會聚透鏡設置於測量相機楔板的入射光路上。上述測量相機楔板是一塊、兩塊或多塊。上述測量相機楔板是兩塊時，所述測量相機楔板包括第一焦面測量相機楔板以及第二焦面測量相機楔板；所述第一焦面測量相機楔板以及第二焦面測量相機楔板相互平行設置於入射光路上。上述第一焦面測量相機楔板的迎光面鍍有增透膜，所述第一焦面測量相機楔板的透射面鍍有分光膜；所述第二焦面測量相機楔板的迎光面鍍有反射膜，所述第二焦面測量相機楔板的透射面鍍增透膜；所述入射至第一焦面測量相機楔板的入射光經第一焦面測量相機楔板反射和透射後分別形成第一反射光以及第一透射光；所述第一透射光經第二焦面測量相機楔板反射和透射後分別形成第二反射光以及第二透射光；所述焦面測量相機探測器設置於第一反射光以及第二反射光的光路上。
上述第一焦面測量相機楔板的迎光面所鍍制的增透膜是透過率不低於99. 8%的高增透膜；所述第二焦面測量相機楔板的迎光面所鍍制的反射膜是反射率不低於99. 8% 的高反射膜；所述第二焦面測量相機楔板的透射面所鍍制的增透膜透過率不低於99. 8% 的高增透膜。上述焦面測量相機探測器是膠片或(XD。上述CXD是靶面大小為14mmX 14mm的科學級(XD。上述測量相機楔板的材質是光學玻璃。上述光學玻璃是K9或JGSl。本發明的優點是本發明提供了一種高功率雷射遠場焦面測量相機，該相機進行焦面漂移量的測量，只需一次實驗就可以完成測量，利用公式計算即可得出焦面漂移量。入射至高功率雷射遠場焦面測量相機的雷射光束經過焦面測量相機會聚透鏡的會聚，入射至第一焦面測量相機楔板和第二焦面測量相機楔板上，由於兩個楔板的膜層特點，第一焦面測量相機楔板的反射光束和第二焦面測量相機楔板的反射光束就會分別在探測器上形成一列雷射光斑，由於這些光斑到達探測器上的光程有差異，因此就會在探測器上形成大小不一的雷射光斑， 而最小的雷射光斑點才是焦面測量相機會聚透鏡的最佳焦面位置。假設低功率階段在高功率雷射遠場焦面測量相機的探測器上一共形成一列1，2，-,m,…，n-l，n，共η個雷射光斑，而此時焦面測量相機會聚透鏡的最佳焦面雷射光斑是m雷射光斑；而在高功率階段，由於雷射波面的變化，焦面測量相機會聚透鏡的最佳焦面雷射光斑是m+i (i為正整數或者負整數)，只需將變化量帶入「具體實施方式
」部分的公式計算即可得出焦面漂移量。總結其操作流程為(1)記錄下低功率階段焦面測量相機會聚透鏡的最佳焦面雷射光斑；( 進行一次高功率階段試驗，記錄下此時焦面測量相機會聚透鏡的最佳焦面雷射光斑；C3)將高低功率兩階段的變化量帶入「具體實施方式
」部分的公式計算即可得出焦面漂移量。本發明提供了一種高功率雷射遠場焦面測量相機，該相機在高功率階段只需一次試驗即可得出遠場焦面變化，並能夠同時給出遠場焦面漂移量以及雷射遠場光斑的形狀。
圖1是本發明所提供的高功率雷射遠場焦面測量相機在使用過程的光路原理圖；其中1-待測雷射測量系統；2-分光鏡；3-待測雷射測量系統會聚透鏡；4-待測雷射測量系統遠場焦面；5-焦面測量相機會聚透鏡；6-焦面測量相機探測器；7-高功率雷射遠場焦面測量相機；8-第一焦面測量相機楔板；9-第二焦面測量相機楔板。
具體實施例方式在待測雷射測量系統中，為準確得到待測雷射測量系統會聚透鏡焦面的漂移量， 傳統方法需要進行多次高通量的實驗進行反覆迭代，才能最終得到待測雷射測量系統會聚透鏡焦面的漂移量，其操作流程為(1)進行一次高通量實驗，在探測器上記錄下光斑的形狀及大小；( 根據光斑的形狀，判斷探測器是處於待測雷射測量系統會聚透鏡的焦前/焦後位置；C3)根據判斷結果，將探測器向待測雷射測量系統會聚透鏡焦面位置移動；(4)依次重複(1) C3)的步驟，直到探測器上的光斑最小，此時探測器的位置和探測器的初始位置只差就是待測雷射測量系統會聚透鏡焦面漂移量。整個測量過程需要多次的迭代實驗逐次逼近。本發明提供了一種高功率雷射遠場焦面測量相機7，該高功率雷射遠場焦面測量相機7包括與光軸傾斜放的測量相機楔板以及焦面測量相機探測器6 ；入射至測量相機楔板的入射光經測量相機楔板反射後形成反射光；焦面測量相機探測器6設置於經測量相機楔板反射後所形成的反射光路上。如果入射光是會聚形式的，則本發明所提供的高功率雷射遠場焦面測量相機7其組成就可以實現其發明目的；如果入射光是平行光，則本發明在上述組成部件的基礎上，還特意增加了焦面測量相機會聚透鏡5 ；焦面測量相機會聚透鏡5設置於測量相機楔板的入射光路上。無論是否有焦面測量相機會聚透鏡5，測量相機楔板可以是一塊、兩塊或多塊，為了較好的實現本發明的測量功能，本發明選用兩塊相機楔板，分別是第一焦面測量相機楔板8以及第二焦面測量相機楔板9，第一焦面測量相機楔板8以及第二焦面測量相機楔板9 相互平行設置於入射光路上，第一焦面測量相機楔板8以及第二焦面測量相機楔板9可以是緊挨在一起，也可以是之間設置有一定的距離然後平行設置，需要根據焦面漂移量的範圍實際確定。第一焦面測量相機楔板8的迎光面鍍有增透膜，第一焦面測量相機楔板8的透射面鍍有分光膜；第二焦面測量相機楔板9的迎光面鍍有反射膜，第二焦面測量相機楔板的透射面鍍增透膜；入射至第一焦面測量相機楔板8的入射光經第一焦面測量相機楔板8反射和透射後分別形成第一反射光以及第一透射光；第一透射光經第二焦面測量相機楔板9 反射和透射後分別形成第二反射光以及第二透射光；焦面測量相機探測器6設置於第一反射光以及第二反射光的光路上。第一焦面測量相機楔板8的迎光面所鍍制的增透膜是透過率不低於99. 8%的高增透膜；第二焦面測量相機楔板9的迎光面所鍍制的反射膜，其是反射率不低於99. 8%的高反射膜；第二焦面測量相機楔板9的透射面所鍍制的增透膜透過率不低於99. 8%的高增透膜。焦面測量相機探測器可以是可以為膠片、CCD等成像器件，只要探測器的靶面足夠大，能夠滿足焦面探測範圍的要求即可，例如靶面大小為14mmX 14mm的科學級CCD。測量相機楔板的材質是光學玻璃，根據使用雷射波長的不同，材料也會隨著變化， 但通常情況下是K9或者JGSl這兩種材料。參見圖1，本發明在使用時，從待測系統出射的平行光束經過分光鏡2後，其反射光經待測雷射測量系統會聚透鏡3會聚，並形成待測雷射測量系統遠場焦面4 ；其透射光入射到高功率雷射遠場焦面測量相機7，光束經過焦面測量相機會聚透鏡5之後，進入與光軸傾斜(傾斜角度為θ)放置的楔板對(楔板的楔角為δ )(第一焦面測量相機楔板8和第二焦面測量相機楔板9)，兩個楔板空氣隙間的相鄰面為平行平面(空氣隙間隔為d)。其中第一焦面測量相機楔板8的迎光面鍍制高增透膜T ^ 99. 8 %，第一焦面測量相機楔板8的透射面鍍制分光膜，其中反射率為Rtl,透過率Ttl ；第二焦面測量相機楔板9的迎光面鍍制高反射膜R ^ 99. 8 %，第二焦面測量相機楔板9的透射面鍍制增透膜T > 99. 8%。入射到高功率雷射遠場焦面測量相機7的平行光經過會聚透鏡組將光束會聚到楔板對(第一焦面測量相機楔板8和第二焦面測量相機楔板9)上，由於楔板對第一焦面測量相機楔板8的透射面鍍制了分光膜，因此會對入射的光束進行反射和透射分光，分光的結果是第一焦面測量相機楔板8對將入射的會聚光束分成具有固定強度的一列光斑(通過第二焦面測量相機楔板9)成像到焦面測量相機探測器6上。由於各光斑到達像面上的光程不同，因此各光斑的焦點位置也不同，在焦面測量相機探測器6上就會形成大小不一的光斑列陣，通過選取光斑最小，成像最清晰的一個光斑作為焦面基準位置，如果入射到相機上的光束波面發生變化(對應待測系統的遠場焦面發生變化)，則在探測器上形成的光斑最小，成像最清晰的光斑較基準光斑位置發生偏離， 通過在焦面測量相機探測器6上讀出偏離量(設為a)可計算得出待測雷射測量系統的遠場焦面漂移量，並可以同時給出焦面光斑的形狀。待測雷射測量系統的焦面漂移量計算方法如下圖1中所示為測量原理的示意圖，設待測雷射測量系統會聚透鏡的組合焦距為焦面漂移量為A1，焦面測量相機會聚透鏡的焦距為f2，焦面漂移量為Δ2，由幾何成像公式可得到A1=(Az^f2)2A2
A2=a/ (nxsincpxcoscp)其中Cp=Sin-1 (sin θ /n) 士 δ，n為第一焦面測量相機楔板的的折射率。如圖1所示，從待測雷射測量系統1中引出一路平行光入射到高功率雷射遠場焦面測量相機7上，在高功率雷射遠場焦面測量相機7的焦面測量相機探測器6上形成一列雷射光斑。在低功率階段，從焦面測量相機探測器6上形成的一列雷射光斑中找到一個光斑最小，成像最清晰的一個光斑，作為基準光斑，在焦面測量相機探測器6上記錄其位置。 在高功率階段，由於入射到雷射測量系統的光束波面產生變化，從而使得雷射測量系統的遠場焦面隨之產生變化，入射到遠場焦面測量相機7上的波面同時產生相應的變化，在遠場焦面測量相機探測器6上光斑最小，成像最清晰的光斑位置較基準位置也產生變化，通過在焦面測量相機探測器6上讀出偏離量就可計算得出待測系統的焦面漂移量，並可以同時給出焦面光斑的形狀。
權利要求
1.一種高功率雷射遠場焦面測量相機，其特徵在於所述高功率雷射遠場焦面測量相機包括測量相機楔板以及焦面測量相機探測器；所述入射至測量相機楔板的入射光經測量相機楔板反射後形成反射光；所述焦面測量相機探測器設置於經測量相機楔板反射後所形成的反射光路上。
2.根據權利要求1所述的高功率雷射遠場焦面測量相機，其特徵在於所述高功率雷射遠場焦面測量相機還包括焦面測量相機會聚透鏡；所述焦面測量相機會聚透鏡設置於測量相機楔板的入射光路上。
3.根據權利要求1或2所述的高功率雷射遠場焦面測量相機，其特徵在於所述測量相機楔板是一塊、兩塊或多塊。
4.根據權利要求3所述的高功率雷射遠場焦面測量相機，其特徵在於所述測量相機楔板是兩塊時，所述測量相機楔板包括第一焦面測量相機楔板以及第二焦面測量相機楔板；所述第一焦面測量相機楔板以及第二焦面測量相機楔板平行設置於入射光路上。
5.根據權利要求4所述的高功率雷射遠場焦面測量相機，其特徵在於所述第一焦面測量相機楔板的迎光面鍍有增透膜，所述第一焦面測量相機楔板的透射面鍍有分光膜；所述第二焦面測量相機楔板的迎光面鍍有反射膜，所述第二焦面測量相機楔板的透射面鍍增透膜；所述入射至第一焦面測量相機楔板的入射光經第一焦面測量相機楔板反射和透射後分別形成第一反射光以及第一透射光；所述第一透射光經第二焦面測量相機楔板反射和透射後分別形成第二反射光以及第二透射光；所述焦面測量相機探測器設置於第一反射光以及第二反射光的光路上。
6.根據權利要求5所述的高功率雷射遠場焦面測量相機，其特徵在於所述第一焦面測量相機楔板的迎光面所鍍制的增透膜是透過率不低於99. 8%的高增透膜；所述第二焦面測量相機楔板的迎光面所鍍制的反射膜是反射率不低於99. 8%的高反射膜；所述第二焦面測量相機楔板的透射面所鍍制的增透膜透過率不低於99. 8%的高增透膜。
7.根據權利要求1所述的高功率雷射遠場焦面測量相機，其特徵在於所述焦面測量相機探測器是膠片或CCD。
8.根據權利要求7所述的高功率雷射遠場焦面測量相機，其特徵在於所述CCD是靶面大小為14mmX 14mm的科學級CCD。
9.根據權利要求1所述的高功率雷射遠場焦面測量相機，其特徵在於所述測量相機楔板的材質是光學玻璃。
10.根據權利要求9所述的高功率雷射遠場焦面測量相機，其特徵在於所述光學玻璃是 K9 或 JGS1。
全文摘要
本發明涉及一種高功率雷射遠場焦面測量相機，該高功率雷射遠場焦面測量相機包括測量相機楔板以及焦面測量相機探測器；入射至測量相機楔板的入射光經測量相機楔板反射後形成反射光；焦面測量相機探測器設置於經測量相機楔板反射後所形成的反射光路上。本發明提供了一種在高功率階段只需一次試驗即可得出遠場焦面變化，同時可以給出焦面光斑的形狀的高功率雷射遠場焦面測量相機。
文檔編號G02B1/11GK102183361SQ20111006745
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月21日 優先權日2011年3月21日
發明者李紅光, 董曉娜, 達爭尚 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所