本發(fā)明涉及凹面腔鏡曲率半徑測量的技術領域，尤其涉及一種基于光場相機的凹面腔鏡曲率半徑測量方法。

背景技術：

凹面腔鏡廣泛應用于激光技術、光腔衰蕩技術等現(xiàn)代光學技術中。凹面腔鏡曲率半徑的測量一直是光學器件加工、檢測和使用過程中的重要環(huán)節(jié)。目前，腔鏡曲率半徑的測量技術主要分為兩類：接觸式測量和非接觸式測量。接觸式測量原理簡單易于實現(xiàn)，三坐標測量機法是目前比較通用的接觸測量方法，它通過三坐標測頭的空間移動來獲取全口徑測量數(shù)據(jù)，然后采用最小二乘擬合的方法計算得到曲率半徑。該方法測量精度較高，可實現(xiàn)中小口徑腔鏡的曲率半徑測量，但是該方法在測量過程中需要多次接觸被測元件容易造成元件表面損傷，測量時間較長。另一類是非接觸測量，例如激光干涉測量，該測量方法可實現(xiàn)腔鏡曲率半徑的高精度測量，但是干涉測量操作過程很復雜，且易受環(huán)境因素影響，所以測量效率低，測量成本高。

近些年，光場相機以其獨特的性能逐漸進入各行業(yè)科研工作者視線，相比傳統(tǒng)相機，光場相機在主鏡和感光芯片之間放置了一塊微透鏡陣列，從而可以實現(xiàn)在記錄光線強度信息的同時記錄光線的方向信息。研究表明，光場相機可以記錄空間目標物點的波前信息。因此，本發(fā)明就是基于光場相機波前采集的功能提出一種原理簡單、操作便捷、低成本、非接觸的腔鏡曲率半徑檢測的方法，可實現(xiàn)凹面腔鏡曲率半徑快速、準確的測量。

在本發(fā)明中，在使用平行光沿光軸照射凹面腔鏡時，凹面腔鏡會將平行光的平面波前調(diào)制成匯聚的球面波，光波通過匯聚點(凹面腔鏡的焦點)后會變成發(fā)散的球面波。由于匯聚點的位置與凹面腔鏡的曲率半徑有直接關系，所以可以通過計算光束匯聚點的位置來推算凹面腔鏡的曲率半徑。本發(fā)明通過使用光場相機測量記錄發(fā)散的球面波的波前信息，計算該球面波前球心所在位置(凹面腔鏡焦點位置)，然后由幾何尺寸關系得到凹面腔鏡的曲率半徑，從而提供了一個便捷的非接觸式的為凹面腔鏡曲率半徑測量方法。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是：目前，現(xiàn)有腔鏡曲率半徑的測量技術各有優(yōu)點但是也存在各種各樣的問題，接觸式測量原理簡單易于實現(xiàn)，但該方法在測量過程中需要多次接觸被測元件容易造成元件表面損傷，且測量時間較長，一般只適用于中小口徑腔鏡的曲率半徑測量。非接觸測量可實現(xiàn)腔鏡曲率半徑的高精度測量，但是干涉測量操作過程很復雜，易受環(huán)境因素影響，測量效率低，測量成本高。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種基于光場相機的凹面腔鏡曲率半徑測量方法，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)、利用光場相機對經(jīng)過匯聚點以后發(fā)散的光束成像，并計算得到該發(fā)散光束的波前；

步驟(3)、通過波前推算光束匯聚點的位置，再由幾何尺寸關系得到凹面腔鏡的曲率半徑。

更進一步的，所述步驟(2)中光場相機對發(fā)散光束成像時需要適當調(diào)整光場相機與腔鏡的之間距離使得光束盡量在更多的微透鏡上成像，由此可對波前做更多次采樣，從而更為準確得計算發(fā)散光束的波前。

更進一步的，所述步驟(3)中所述推算光束匯聚點其實就是球形發(fā)散光束的球心位置，在得到發(fā)散光束的波前表達式后，該發(fā)散光束的球心位置也就可以計算得到。

更進一步的，所述步驟(3)中所述由幾何尺寸關系得到凹面腔鏡的曲率半徑的過程是：步驟(3)中所述由幾何尺寸關系得到凹面腔鏡的曲率半徑的過程是：得到光束匯聚點的位置其實就是得到了匯聚點到光場相機之間的距離，而后凹面腔鏡的曲率半徑即凹面腔鏡到匯聚點之間的距離可由腔鏡與光場相機之間的距離減去匯聚點到光場相機之間的距離得到。

本發(fā)明的原理是：一種基于光場相機的凹面腔鏡曲率半徑測量方法，該方法通過使用光場相機測量平面波傳輸經(jīng)過凹面腔鏡后形成的球面波的波前信息，計算出在波前傳輸過程中凹面腔鏡對波前的調(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系間接計算出凹面腔鏡的曲率半徑大小，為測量凹面腔鏡曲率半徑提供一個便捷的非接觸式的方法。

本發(fā)明有如下優(yōu)點：本發(fā)明基于光場相機波前采集的功能提出一種原理簡單、操作便捷、低成本、非接觸的腔鏡曲率半徑檢測的方法。首先，本方法所述方法可快速、準確檢測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；其次，基于光場相機波前采集的曲率檢測方法，只需一幀圖像便可得到測量結果，無需人工干預，有利于凹面鏡生產(chǎn)與檢測；再次，相比傳統(tǒng)的測量方法，該方法在測量過程中無需配套標準件(如千分尺、高精度激光測距裝置)，因此無需復雜的操作，使得測量效率高；最后，本方法對所測量的凹面鏡尺寸沒有硬性要求，因此該方法可適用于尺寸大小不一的凹面鏡，間接提高了該測量方法的魯棒性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的基本流程圖。

圖2為基于光場相機的凹面腔鏡曲率半徑測量原理示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，結合本發(fā)明中涉及的方法，采用簡化模型，對基于光場相機的凹面腔鏡曲率半徑測量方法的原理進行介紹，以此對本發(fā)明進一步詳細說明。

本發(fā)明是基于光場相機波前采集的功能提出的一種原理簡單、操作便捷、低成本、非接觸式的腔鏡曲率半徑檢測的方法。該方法在測量過程中無需配套標準件，測量效率高。

下面對采用具體實例對基于光場相機的凹面腔鏡曲率半徑測量方法進行詳細說明。

如圖1所示，一種基于光場相機的凹面腔鏡曲率半徑測量方法，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的光束與原光束路徑分離，以便光場相機采集反射光束；

(2)、利用光場相機對經(jīng)過匯聚點以后發(fā)散的光束成像，并計算得到該發(fā)散光束的波前，然后由光場相機采集到的原始圖像信息與光場相機的物理參數(shù)推算出光場相機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，P₀(x₀,y₀,z₀)為該光束的匯聚點，也就是球面波的球心位置，也是凹面腔鏡的焦點位置,r是該球面波前的半徑。

(3)、通過波前推算光束匯聚點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可由卷尺等長度測量工具測量而得到，故由幾何尺寸關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，該方法通過使用光場相機測量平面波傳輸經(jīng)過凹面腔鏡后形成的球面波的波前信息S，計算出在波前傳輸過程中凹面腔鏡對波前的調(diào)制作用的大小，然后根據(jù)幾何尺寸關系間接計算出凹面腔鏡的曲率半徑大小，為測量凹面腔鏡曲率半徑提供一個便捷的非接觸式的方法。由上述過程可以發(fā)現(xiàn)本發(fā)明提出的腔鏡曲率半徑檢測方法在測量過程中無需配套標準件，是一種原理簡單、操作便捷、低成本、測量效率高、非接觸式的測量方法。

以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術的人在本發(fā)明所揭露的技術范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的權利要求書的保護范圍之內(nèi)。