專利名稱：高功率激光遠(yuǎn)場焦面測量相機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬光學(xué)領(lǐng)域，涉及一種測量相機(jī)，尤其涉及一種高功率激光遠(yuǎn)場焦面測量相機(jī)，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(yuǎn)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(gè)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(gè)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(yuǎn)場焦面的變化，包括遠(yuǎn)場焦面漂移以及遠(yuǎn)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(yuǎn)場焦面的變化以便對系統(tǒng)進(jìn)行修正，需要在此階段進(jìn)行多次高通量試驗(yàn)，并且，每隔一定的階段都需要重新進(jìn)行此類試驗(yàn)，這種高通量試驗(yàn)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(cái)力、時(shí)間和人力的很大浪費(fèi)。

實(shí)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(shí)用新型提供了一種在高功率階段只需一次試驗(yàn)即可得出遠(yuǎn)場焦面變化，同時(shí)可以給出焦面光斑的形狀的高功率激光遠(yuǎn)場焦面測量相機(jī)。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是本實(shí)用新型提供了一種高功率激光遠(yuǎn)場焦面測量相機(jī)，其特殊之處在于所述高功率激光遠(yuǎn)場焦面測量相機(jī)包括測量相機(jī)楔板以及焦面測量相機(jī)探測器；所述入射至測量相機(jī)楔板的入射光經(jīng)測量相機(jī)楔板反射后形成反射光；所述焦面測量相機(jī)探測器設(shè)置于經(jīng)測量相機(jī)楔板反射后所形成的反射光路上。上述高功率激光遠(yuǎn)場焦面測量相機(jī)還包括焦面測量相機(jī)會聚透鏡；所述焦面測量相機(jī)會聚透鏡設(shè)置于測量相機(jī)楔板的入射光路上。上述測量相機(jī)楔板是一塊、兩塊或多塊。上述測量相機(jī)楔板是兩塊時(shí)，所述測量相機(jī)楔板包括第一焦面測量相機(jī)楔板以及第二焦面測量相機(jī)楔板；所述第一焦面測量相機(jī)楔板以及第二焦面測量相機(jī)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(jī)楔板的迎光面鍍有增透膜，所述第一焦面測量相機(jī)楔板的透射面鍍有分光膜；所述第二焦面測量相機(jī)楔板的迎光面鍍有反射膜，所述第二焦面測量相機(jī)楔板的透射面鍍增透膜；所述入射至第一焦面測量相機(jī)楔板的入射光經(jīng)第一焦面測量相機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是 本實(shí)用新型提供了一種高功率激光遠(yuǎn)場焦面測量相機(jī)，該相機(jī)進(jìn)行焦面漂移量的測量，只需一次實(shí)驗(yàn)就可以完成測量，利用公式計(jì)算即可得出焦面漂移量。入射至高功率激光遠(yuǎn)場焦面測量相機(jī)的激光光束經(jīng)過焦面測量相機(jī)會聚透鏡的會聚，入射至第一焦面測量相機(jī)楔板和第二焦面測量相機(jī)楔板上，由于兩個(gè)楔板的膜層特點(diǎn)，第一焦面測量相機(jī)楔板的反射光束和第二焦面測量相機(jī)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(dá)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(diǎn)才是焦面測量相機(jī)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(yuǎn)場焦面測量相機(jī)的探測器上一共形成一列1，2，-,m,…，n-l，n，共η個(gè)激光光斑，而此時(shí)焦面測量相機(jī)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(jī)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(shí)施方式
”部分的公式計(jì)算即可得出焦面漂移量。總結(jié)其操作流程為(1)記錄下低功率階段焦面測量相機(jī)會聚透鏡的最佳焦面激光光斑；(2)進(jìn)行一次高功率階段試驗(yàn)，記錄下此時(shí)焦面測量相機(jī)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(shí)施方式
”部分的公式計(jì)算即可得出焦面漂移量。本實(shí)用新型提供了一種高功率激光遠(yuǎn)場焦面測量相機(jī)，該相機(jī)在高功率階段只需一次試驗(yàn)即可得出遠(yuǎn)場焦面變化，并能夠同時(shí)給出遠(yuǎn)場焦面漂移量以及激光遠(yuǎn)場光斑的形狀。

圖1是本實(shí)用新型所提供的高功率激光遠(yuǎn)場焦面測量相機(jī)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(yuǎn)場焦面；5-焦面測量相機(jī)會聚透鏡；6-焦面測量相機(jī)探測器；7-高功率激光遠(yuǎn)場焦面測量相機(jī)；8-第一焦面測量相機(jī)楔板；9-第二焦面測量相機(jī)楔板。
具體實(shí)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(jìn)行多次高通量的實(shí)驗(yàn)進(jìn)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(jìn)行一次高通量實(shí)驗(yàn)，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(shí)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(gè)測量過程需要多次的迭代實(shí)驗(yàn)逐次逼近。本實(shí)用新型提供了一種高功率激光遠(yuǎn)場焦面測量相機(jī)7，該高功率激光遠(yuǎn)場焦面測量相機(jī)7包括與光軸傾斜放的測量相機(jī)楔板以及焦面測量相機(jī)探測器6 ；入射至測量相機(jī)楔板的入射光經(jīng)測量相機(jī)楔板反射后形成反射光；焦面測量相機(jī)探測器6設(shè)置于經(jīng)測量相機(jī)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(shí)用新型所提供的高功率激光遠(yuǎn)場焦面測量相機(jī) 7其組成就可以實(shí)現(xiàn)其實(shí)用新型目的；如果入射光是平行光，則本實(shí)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(jī)會聚透鏡5 ；焦面測量相機(jī)會聚透鏡5設(shè)置于測量相機(jī)楔板的入射光路上。無論是否有焦面測量相機(jī)會聚透鏡5，測量相機(jī)楔板可以是一塊、兩塊或多塊，為了較好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的測量功能，本實(shí)用新型選用兩塊相機(jī)楔板，分別是第一焦面測量相機(jī)楔板8以及第二焦面測量相機(jī)楔板9，第一焦面測量相機(jī)楔板8以及第二焦面測量相機(jī)楔板9相互平行設(shè)置于入射光路上，第一焦面測量相機(jī)楔板8以及第二焦面測量相機(jī)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(shí)際確定。第一焦面測量相機(jī)楔板8的迎光面鍍有增透膜，第一焦面測量相機(jī)楔板8的透射面鍍有分光膜；第二焦面測量相機(jī)楔板9的迎光面鍍有反射膜，第二焦面測量相機(jī)楔板的透射面鍍增透膜；入射至第一焦面測量相機(jī)楔板8的入射光經(jīng)第一焦面測量相機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(shí)用新型在使用時(shí)，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(yuǎn)場焦面4 ；其透射光入射到高功率激光遠(yuǎn)場焦面測量相機(jī)7，光束經(jīng)過焦面測量相機(jī)會聚透鏡5之后，進(jìn)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(jī)楔板8 和第二焦面測量相機(jī)楔板9)，兩個(gè)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(jī)楔板8的迎光面鍍制高增透膜T ^ 99. 8%，第一焦面測量相機(jī)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(jī)楔板9的迎光面鍍制高反射膜R ^ 99. 8 %，第二焦面測量相機(jī)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(yuǎn)場焦面測量相機(jī)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(jī)楔板8和第二焦面測量相機(jī)楔板9)上，由于楔板對第一焦面測量相機(jī)楔板8的透射面鍍制了分光膜，因此會對入射的光束進(jìn)行反射和透射分光，分光的結(jié)果是第一焦面測量相機(jī)楔板8對將入射的會聚光束分成具有固定強(qiáng)度的一列光斑(通過第二焦面測量相機(jī)楔板9)成像到焦面測量相機(jī)探測器6上。由于各光斑到達(dá)像面上的光程不同，因此各光斑的焦點(diǎn)位置也不同，在焦面測量相機(jī)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(gè)光斑作為焦面基準(zhǔn)位置，如果入射到相機(jī)上的光束波面發(fā)生變化(對應(yīng)待測系統(tǒng)的遠(yuǎn)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(jī)探測器6上讀出偏離量(設(shè)為a)可計(jì)算得出待測激光測量系統(tǒng)的遠(yuǎn)場焦面漂移量，并可以同時(shí)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(jì)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(jī)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(jī)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(yuǎn)場焦面測量相機(jī)7上，在高功率激光遠(yuǎn)場焦面測量相機(jī)7的焦面測量相機(jī)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(jī)探測器6上形成的一列激光光斑中找到一個(gè)光斑最小，成像最清晰的一個(gè)光斑，作為基準(zhǔn)光斑，在焦面測量相機(jī)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(yuǎn)場焦面隨之產(chǎn)生變化，入射到遠(yuǎn)場焦面測量相機(jī)7上的波面同時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，在遠(yuǎn)場焦面測量相機(jī)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(jī)探測器6上讀出偏離量就可計(jì)算得出待測系統(tǒng)的焦面漂移量，并可以同時(shí)給出焦面光斑的形狀。
權(quán)利要求1.一種高功率激光遠(yuǎn)場焦面測量相機(jī)，其特征在于所述高功率激光遠(yuǎn)場焦面測量相機(jī)包括測量相機(jī)楔板以及焦面測量相機(jī)探測器；所述入射至測量相機(jī)楔板的入射光經(jīng)測量相機(jī)楔板反射后形成反射光；所述焦面測量相機(jī)探測器設(shè)置于經(jīng)測量相機(jī)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(yuǎn)場焦面測量相機(jī)，其特征在于所述高功率激光遠(yuǎn)場焦面測量相機(jī)還包括焦面測量相機(jī)會聚透鏡；所述焦面測量相機(jī)會聚透鏡設(shè)置于測量相機(jī)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(yuǎn)場焦面測量相機(jī)，其特征在于所述測量相機(jī)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(yuǎn)場焦面測量相機(jī)，其特征在于所述測量相機(jī)楔板是兩塊時(shí)，所述測量相機(jī)楔板包括第一焦面測量相機(jī)楔板以及第二焦面測量相機(jī)楔板；所述第一焦面測量相機(jī)楔板以及第二焦面測量相機(jī)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(yuǎn)場焦面測量相機(jī)，其特征在于所述第一焦面測量相機(jī)楔板的迎光面鍍有增透膜，所述第一焦面測量相機(jī)楔板的透射面鍍有分光膜；所述第二焦面測量相機(jī)楔板的迎光面鍍有反射膜，所述第二焦面測量相機(jī)楔板的透射面鍍增透膜；所述入射至第一焦面測量相機(jī)楔板的入射光經(jīng)第一焦面測量相機(jī)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(jī)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(jī)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(yuǎn)場焦面測量相機(jī)，其特征在于所述第一焦面測量相機(jī)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(jī)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(jī)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(yuǎn)場焦面測量相機(jī)，其特征在于所述焦面測量相機(jī)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(yuǎn)場焦面測量相機(jī)，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(yuǎn)場焦面測量相機(jī)，其特征在于所述測量相機(jī)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(yuǎn)場焦面測量相機(jī)，其特征在于所述光學(xué)玻璃是 K9 或 JGS1。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種高功率激光遠(yuǎn)場焦面測量相機(jī)，該高功率激光遠(yuǎn)場焦面測量相機(jī)包括測量相機(jī)楔板以及焦面測量相機(jī)探測器；入射至測量相機(jī)楔板的入射光經(jīng)測量相機(jī)楔板反射后形成反射光；焦面測量相機(jī)探測器設(shè)置于經(jīng)測量相機(jī)楔板反射后所形成的反射光路上。本實(shí)用新型提供了一種在高功率階段只需一次試驗(yàn)即可得出遠(yuǎn)場焦面變化，同時(shí)可以給出焦面光斑的形狀的高功率激光遠(yuǎn)場焦面測量相機(jī)。
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(dá)爭尚 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所