專利名稱：高功率激光遠場焦面測量相機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬光學(xué)領(lǐng)域，涉及一種測量相機，尤其涉及一種高功率激光遠場焦面測量相機，能夠完成激光高通量情況下光學(xué)系統(tǒng)的焦面漂移量測量以及激光遠場光斑的形狀測量
背景技術(shù)：
在目前激光測量系統(tǒng)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(zhǔn)備階段，兩個階段功率相差I(lǐng)O6左右。在高功率階段，由于激光的功率很高， 激光束的波面較低功率階段激光束的波面會產(chǎn)生較大的變化。對于激光測量系統(tǒng)而言，光束波面的變化，會產(chǎn)生激光遠場焦面的變化，包括遠場焦面漂移以及遠場光斑形狀，這種變化對激光測量系統(tǒng)是不能容許的。通常，為確定高功率階段激光測量系統(tǒng)遠場焦面的變化以便對系統(tǒng)進行修正，需要在此階段進行多次高通量試驗，并且，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(tǒng)內(nèi)部的光學(xué)元件具有很大的破壞性，大大降低了光學(xué)元件的使用壽命，延長了激光測試的周期，造成了財力、時間和人力的很大浪費。

實用新型內(nèi)容為了解決背景技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本實用新型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激光遠場焦面測量相機。本實用新型的技術(shù)解決方案是本實用新型提供了一種高功率激光遠場焦面測量相機，其特殊之處在于所述高功率激光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(jīng)測量相機楔板反射后形成反射光；所述焦面測量相機探測器設(shè)置于經(jīng)測量相機楔板反射后所形成的反射光路上。上述高功率激光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(shè)置于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(shè)置于入射光路上。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(jīng)第一焦面測量相機楔板反射和透射后分別形成第一反射光以及第一透射光；所述第一透射光經(jīng)第二焦面測量相機楔板反射和透射后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(shè)置于第一反射光以及第二反射光的光路上。[0010]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于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于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于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(xué)級(XD。上述測量相機楔板的材質(zhì)是光學(xué)玻璃。上述光學(xué)玻璃是K9或JGSl。本實用新型的優(yōu)點是 本實用新型提供了一種高功率激光遠場焦面測量相機，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。入射至高功率激光遠場焦面測量相機的激光光束經(jīng)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，由于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激光光斑， 由于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激光光斑，而最小的激光光斑點才是焦面測量相機會聚透鏡的最佳焦面位置。假設(shè)低功率階段在高功率激光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個激光光斑，而此時焦面測量相機會聚透鏡的最佳焦面激光光斑是m激光光斑；而在高功率階段， 由于激光波面的變化，焦面測量相機會聚透鏡的最佳焦面激光光斑是m+i(i為正整數(shù)或者負(fù)整數(shù))，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?？偨Y(jié)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激光光斑；(2)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激光光斑；(3)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。本實用新型提供了一種高功率激光遠場焦面測量相機，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，并能夠同時給出遠場焦面漂移量以及激光遠場光斑的形狀。

圖1是本實用新型所提供的高功率激光遠場焦面測量相機在使用過程的光路原理圖；其中1-待測激光測量系統(tǒng)；2-分光鏡；3-待測激光測量系統(tǒng)會聚透鏡；4-待測激光測量系統(tǒng)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-高功率激光遠場焦面測量相機；8-第一焦面測量相機楔板；9-第二焦面測量相機楔板。
具體實施方式
在待測激光測量系統(tǒng)中，為準(zhǔn)確得到待測激光測量系統(tǒng)會聚透鏡焦面的漂移量， 傳統(tǒng)方法需要進行多次高通量的實驗進行反復(fù)迭代，才能最終得到待測激光測量系統(tǒng)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??；(2)根據(jù)光斑的形狀，判斷探測器是處于待測激光測量系統(tǒng)會聚透鏡的焦前/焦后位置；(3)根據(jù)判斷結(jié)果，將探測器向待測激光測量系統(tǒng)會聚透鏡焦面位置移動；(4)依次重復(fù)(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激光測量系統(tǒng)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。本實用新型提供了一種高功率激光遠場焦面測量相機7，該高功率激光遠場焦面測量相機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(jīng)測量相機楔板反射后形成反射光；焦面測量相機探測器6設(shè)置于經(jīng)測量相機楔板反射后所形成的反射光路上。如果入射光是會聚形式的，則本實用新型所提供的高功率激光遠場焦面測量相機 7其組成就可以實現(xiàn)其實用新型目的；如果入射光是平行光，則本實用新型在上述組成部件的基礎(chǔ)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(shè)置于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(xiàn)本實用新型的測量功能，本實用新型選用兩塊相機楔板，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(shè)置于入射光路上，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(shè)置有一定的距離然后平行設(shè)置，需要根據(jù)焦面漂移量的范圍實際確定。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(jīng)第一焦面測量相機楔板8反射和透射后分別形成第一反射光以及第一透射光；第一透射光經(jīng)第二焦面測量相機楔板9 反射和透射后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(shè)置于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于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，其是反射率不低于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于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，能夠滿足焦面探測范圍的要求即可，例如靶面大小為14mmX 14mm的科學(xué)級CCD。測量相機楔板的材質(zhì)是光學(xué)玻璃，根據(jù)使用激光波長的不同，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，本實用新型在使用時，從待測系統(tǒng)出射的平行光束經(jīng)過分光鏡2后，其反射光經(jīng)待測激光測量系統(tǒng)會聚透鏡3會聚，并形成待測激光測量系統(tǒng)遠場焦面4 ；其透射光入射到高功率激光遠場焦面測量相機7，光束經(jīng)過焦面測量相機會聚透鏡5之后，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%。[0028]入射到高功率激光遠場焦面測量相機7的平行光經(jīng)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，由于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(jié)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。由于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(zhǔn)位置，如果入射到相機上的光束波面發(fā)生變化(對應(yīng)待測系統(tǒng)的遠場焦面發(fā)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(zhǔn)光斑位置發(fā)生偏離， 通過在焦面測量相機探測器6上讀出偏離量(設(shè)為a)可計算得出待測激光測量系統(tǒng)的遠場焦面漂移量，并可以同時給出焦面光斑的形狀。待測激光測量系統(tǒng)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(shè)待測激光測量系統(tǒng)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^2)2A2
A2=a/ (nxsincpxcoscp)其中Cp=Sin-1 (sin0/n) 士δ，η為第一焦面測量相機楔板的的折射率。如圖1所示，從待測激光測量系統(tǒng)1中引出一路平行光入射到高功率激光遠場焦面測量相機7上，在高功率激光遠場焦面測量相機7的焦面測量相機探測器6上形成一列激光光斑。在低功率階段，從焦面測量相機探測器6上形成的一列激光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(zhǔn)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，由于入射到激光測量系統(tǒng)的光束波面產(chǎn)生變化，從而使得激光測量系統(tǒng)的遠場焦面隨之產(chǎn)生變化，入射到遠場焦面測量相機7上的波面同時產(chǎn)生相應(yīng)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(zhǔn)位置也產(chǎn)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(tǒng)的焦面漂移量，并可以同時給出焦面光斑的形狀。
權(quán)利要求1.一種高功率激光遠場焦面測量相機，其特征在于所述高功率激光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(jīng)測量相機楔板反射后形成反射光；所述焦面測量相機探測器設(shè)置于經(jīng)測量相機楔板反射后所形成的反射光路上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率激光遠場焦面測量相機，其特征在于所述高功率激光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(shè)置于測量相機楔板的入射光路上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高功率激光遠場焦面測量相機，其特征在于所述測量相機楔板是一塊、兩塊或多塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高功率激光遠場焦面測量相機，其特征在于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(shè)置于入射光路上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高功率激光遠場焦面測量相機，其特征在于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(jīng)第一焦面測量相機楔板反射和透射后分別形成第一反射光以及第一透射光；所述第一透射光經(jīng)第二焦面測量相機楔板反射和透射后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(shè)置于第一反射光以及第二反射光的光路上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高功率激光遠場焦面測量相機，其特征在于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于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于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于99. 8%的高增透膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率激光遠場焦面測量相機，其特征在于所述焦面測量相機探測器是膠片或CCD。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高功率激光遠場焦面測量相機，其特征在于所述CCD是靶面大小為14mmX 14mm的科學(xué)級CCD。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率激光遠場焦面測量相機，其特征在于所述測量相機楔板的材質(zhì)是光學(xué)玻璃。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的高功率激光遠場焦面測量相機，其特征在于所述光學(xué)玻璃是 K9 或 JGS1。
專利摘要本實用新型涉及一種高功率激光遠場焦面測量相機，該高功率激光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(jīng)測量相機楔板反射后形成反射光；焦面測量相機探測器設(shè)置于經(jīng)測量相機楔板反射后所形成的反射光路上。本實用新型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激光遠場焦面測量相機。
文檔編號G02B1/11GK202066667SQ201120074470
公開日2011年12月7日 申請日期2011年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月21日
發(fā)明者李紅光, 董曉娜, 達爭尚 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所