(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211032370.4 (22)申请日 2022.08.26 (71)申请人 江苏科技大学 地址 212003 江苏省镇江市京口区梦溪路2 号 (72)发明人 厉淑贞　龚渭　葸义睿　张云吉　 蔡雯雯　宋正浩　窦健泰　 (74)专利代理 机构 南京苏高专利商标事务所 (普通合伙) 32204 专利代理师 王美丽 (51)Int.Cl. G01M 11/02(2006.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种基于单幅干涉图的快速测量透镜焦距 的装置及方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于单幅干涉图的快速 测量透镜焦 距的装置及方法， 包括沿光路依次布 设的光源、 扩束准直系统、 干涉系统和CCD， 所述 光源发出的光经扩束准直系统后， 由干涉系统的 第一分光棱镜分束， 其中一束经第一反射镜反射 形成参考光， 另一束经第二反射镜反射后透过待 测透镜形成测试光， 参考光和测试光经第二分光 棱镜合束后， 由CCD采集干涉图像。 本发明只需 CCD采集单幅干涉图进行计算， 降低了数据采集 的要求， 同时提出了基于自适应优化区间的快速 测量透镜焦距算法， 在保证测量精度的情况下， 提高了计算效率； 通过调整待测透镜与第二分光 棱镜间的距离， 获得清晰且条 纹间隔适宜的干涉 图， 可实现大 范围焦距的测量。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 115326366 A 2022.11.11 CN 115326366 A 1.一种基于单幅干涉图的快速测量透镜焦距的装置， 其特征在于， 包括沿光路依次布 设的光源、 扩束准直系统、 干涉系统和CCD， 所述光源发出的光经扩束准直系统后， 由干涉系 统的第一分光棱镜分束， 其中一束经第一反射镜反射形成参考光， 另一束经第二反射镜反 射后透过待测透镜形成测试光， 参考光和测试光经第二分光棱镜合束后， 由CCD采集干涉图 像。 2.根据权利要求1所述的一种基于单幅干涉图的快速测量透镜焦距的装置， 其特征在 于， 所述待测透 镜、 第二分光 棱镜和CCD共同放置在沿着同一 光轴方向移动的导轨上。 3.一种基于单幅干涉图的快速测量透 镜焦距的方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤一、 数据库建立； 步骤二、 模型匹配。 4.根据权利要求3所述的一种基于单幅干涉图的快速测量透镜焦距的方法， 其特征在 于， 所述步骤一具体包括： 1.1： 建立系统光 程差模型， 由光 程差引入的相位建立归一 化仿真干涉图数据库； 1.2： 依据数据库内仿真干 涉图IT(x,y)有效区域内的明环数N和其对应的焦距f， 得到测 量系统的f ‑N关系曲线， 利用高斯公式对曲线拟合得非线性公式f＝F(N)。 5.根据权利要求4所述的一种基于单幅干涉图的快速测量透镜焦距的方法， 其特征在 于， 所述步骤1.1具体包括： 1)以过透 镜光心并垂直于光轴的平面 为xoy平面， 光传播方向为z方向， 建立 坐标系； 2)测试光进入第二分光棱镜的入射角 其中， f为待测透镜的焦距， 根据折射定理， 得测试光进入第二分光棱镜的折射角 其中， n为第二 分光棱镜的折 射率； 3)参考光的光程： Lr＝L+(n‑1)d2， 其中， L＝d1+d2+d3， d1为待测透镜到第二分光棱镜的 距离， d2为第二分光棱镜的宽度， d3为第二分光棱镜到CCD靶面的距离； 测试光的光程： 则参考光与测试光间的光 程差Δ(x,y)的表达式为： 因此， 得到实验中待测干涉图归一 化后的表达式： I(x,y)＝cos[k ·Δ(x,y)] 其中， k为波矢； 4)将实验中的已知条件代入待测干涉图归一化表达式， 建立归一化仿真干涉图数据 库。 6.根据权利要求4所述的一种基于单幅干涉图的快速测量透镜焦距的方法， 其特征在 于， 步骤1.2中f＝F(N)的表达式为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115326366 A 2其中a1、 a2、 a3、 a4、 a5、 a6、 a7和a8为高斯公式拟合得到的待定系数， b1、 b2、 b3、 b4、 b5、 b6、 b7 和b8； c1、 c2、 c3、 c4、 c5、 c6、 c7和c8为高斯公式拟合得到的待定数值。 7.根据权利要求3所述的一种基于单幅干涉图的快速测量透镜焦距的方法， 其特征在 于， 所述步骤二具体包括： 2.1： 将实测干涉图IP(x,y)有效区域内的明环数N代入f＝F(N)得到初始焦距f1； 2.2： 以初始焦距f1为索引中心， 设置步长为s的初始索引区间[ f1‑Δf,f1+Δf]， 其中， Δf＝c·f1， 且0≤c≤0.5， 计 算初始索引区间 内任意焦距 对应的仿真干涉图IT(x,y)与实测 干涉图IP(x,y)之间的质量评测函数 F(fT(i))； 2.3： 通过自适应算法搜索质量评测函数F(fT(i))为极小值时对应的焦距fT(i)， 将其标 记为特征位置； 2.4： 以ε为判据， 若特征位置 处的fT(i)满足|fT(i)‑fT(i‑1)|>ε， 则以步长为ζ 的自适应 优化区间[fT(i)‑e·sT(i),fT(i)+e·sT(i)]， 其中0<e<1,sT(i)＝[fT(i)/100]+1， 替换特征 位置处的单个焦距fT(i)， 之后重新计算仿真干涉图IT(x,y)与实测干涉图IP(x,y)之间的质 量评测函数值F(fT(i))， 并重新标定特征位置， 当特征位置处的焦距fT(i)满足条件|fT(i)‑ fT(i‑1)|≤ε， 则利用极值索引算法找到F(fT(i))为极小值时所对应的焦距， 即为待测透镜 的高精度焦距f。 8.根据权利要求7所述的一种基于单幅干涉图的快速测量透镜焦距的方法， 其特征在 于， 所述s为大于等于f1/100的整数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115326366 A 3