[发明专利]利用莫尔条纹放大作用的平行光管焦距测量装置及方法

权利要求书

1.一种利用莫尔条纹放大作用的平行光管焦距测量装置，其特征在于，包括发射模块及与发射模块同轴设置的接收模块；所述发射模块包括旋转电机、安装于旋转电机上的轴角编码器和指示光栅、光源及基准光管；所述电机用于带动所述轴角编码器和所述指示光栅转动；所述指示光栅位于所述基准光管的焦平面且位于所述光源及所述基准光管之间；所述光源用于将光线投射至所述指示光栅，且光线经所述指示光栅后投射至所述基准光管；所述接收模块包括自靠近发射模块向远离发射模块方向依次设置的待测光管、标尺光栅及成像器件；投射至所述基准光管的光线依次经过所述待测光管及所述标尺光栅后投射至所述成像器件。

2.根据权利要求1所述的利用莫尔条纹放大作用的平行光管焦距测量装置，其特征在于，所述光源、所述指示光栅、所述基准光管、所述待测光管、所述标尺光栅及所述成像器件同轴设置。

3.根据权利要求2所述的利用莫尔条纹放大作用的平行光管焦距测量装置，其特征在于，所述光源位于所述旋转电机与所述指示光栅之间。

4.根据权利要求3所述的利用莫尔条纹放大作用的平行光管焦距测量装置，其特征在于，所述光源为红色LED单色光；所述成像器件为CCD传感器。

5.根据权利要求1所述的利用莫尔条纹放大作用的平行光管焦距测量装置，其特征在于，所述指示光栅及所述标尺光栅的栅距相等。

6.根据权利要求1所述的利用莫尔条纹放大作用的平行光管焦距测量装置，其特征在于，所述基准光管的焦距为1600mm。

7.一种利用莫尔条纹放大作用的平行光管焦距测量方法，包括以下步骤：

提供一个包括旋转电机、安装于所述旋转电机上的轴角编码器和指示光栅、光源及基准光管的发射模块，且所述指示光栅位于所述基准光管的焦平面且位于所述光源及所述基准光管之间；

提供一个包括自靠近发射模块向远离所述发射模块方向依次设置的待测光管、标尺光栅及成像器件的接收模块；

将所述发射模块与所述接收模块同轴设置；

将所述光源发出的光线投射至所述指示光栅，且光线经所述指示光栅后投射至所述基准光管，投射至所述基准光管的光线依次经过所述待测光管及所述标尺光栅后投射到所述成像器件；

通过所述旋转电机带动所述指示光栅及所述轴角编码器旋转，并通过所述轴角编码器记录指示光栅的旋转角度，在所述成像器件上形成所述指示光栅及所述标尺光栅的莫尔条纹图像；

根据所述旋转角度、所述指示光栅及所述标尺光栅的栅距计算莫尔条纹的宽度，并且进一步根据莫尔条纹的宽度、所述指示光栅及所述标尺光栅的栅距、所述旋转角度及所述基准光管的焦距计算所述待测光管的焦距。

8.根据权利要求7所述的利用莫尔条纹放大作用的平行光管焦距测量方法，其特征在于，莫尔条纹的宽度W的计算公式如下：

其中d₁、d₂分别表示所述指示光栅及所述标尺光栅的栅距，θ为旋转角度，也即所述指示光栅及所述标尺光栅在成像器件上形成图像之间的夹角。

9.根据权利要求8所述的利用莫尔条纹放大作用的平行光管焦距测量方法，其特征在于，所述基准光管焦距f₁已知，则所述待测光管的焦距f₂对标尺光栅栅距的缩放作用d₂′可用下式表示：

所述指示光栅及所述标尺光栅的栅距相同d₁＝d₂＝d，将d与公式(2)带入公式(1)可得到莫尔条纹宽度W′关系式：

由关系式(3)根据求根公式解得所述待测光管的焦距公式为：

其中旋转角度θ、所述基准光管(5)的焦距f₁、所述指示光栅(4)及标尺光栅(7)的栅距d为已知量，W′是利用采集的莫尔条纹图像解算出的莫尔条纹宽度，将其代入公式(4)即可求得待测光管的焦距f₂。

10.根据权利要求7所述的利用莫尔条纹放大作用的平行光管焦距测量方法，其特征在于，步骤“将所述发射模块与所述接收模块同轴设置”进一步包括：

在发射模块与接收模块之间设置一经纬仪；

将发射模块作为基准位置，使用经纬仪接收该模块发出的平行光，调节发射模块安装调整机构，使得该平行光在经纬仪目镜中所成光斑处于目镜分划板中心位置，此时发射模块光轴与经纬仪光轴同轴；

调整经纬仪水平旋转180°，在待测光管相背于基准光管的一侧安装光源，使用经纬仪接收自接收模块发出的平行光，调节接收模块b安装调整机构，使得该平行光在经纬仪目镜中所成光斑处于目镜分划板中心位置，此时接收模块光轴与经纬仪光轴同轴；

移动经纬仪使其离开发射模块与接收模之间，并移去在待测光管相背于基准光管的一侧安装的光源。