Talbot-Moiré效应的焦距测量系统的标定方法

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摘要长焦距透镜在天文光学系统、空中遥感相机、激光核聚变驱动器等领域有广泛的应用。长焦距透镜的测量精度直接影响着光学仪器的使用和性能的发挥。

首先对泰伯效应及莫尔条纹的原理进行了研究讨论，分析了泰伯效应和莫尔条纹技术用于测量长焦距透镜焦距的方法。这种方法的原理是通过朗奇光栅的泰伯效应形成莫尔条纹，由莫尔条纹的转角来计算长焦距透镜的焦距，其中莫尔条纹由CCD采集到计算机中，经过图像处理得到精确值。进而详细分析讨论了栅线夹角对焦距测量的影响，提出了采用反射球面法标定栅线夹角，然后搭建了测量系统，并且标定了栅线夹角。最后进行了实验验证，实验结果表明，测量焦距为4820.50mm的透镜，误差约为0.93%。63015

毕业论文关键词泰伯效应；莫尔条纹；长焦距测量；夹角标定

毕业设计说明书（论文）外文摘要

Title The method of angle calibration in the long focal length measurement system based on Talbot-Moire effect Abstract The long focal length lens are widely applied in various technical domains such as aerial remote-sensing camera,astronomical optical system, ICF driver, and so on.Accurate measurement of long focal length is in favor of right employment of optical apparatus and performance of optical devices.

In this dissertation, the Talbot effect theory and moiré fringe technology was studied, on the basis of Talbot effect theory and moiré fringe technology, a method for the long focal length measurement was presented.This method for long focal length measurement is achieved by calculating the angle of moiré fringes is obtained by processing on the moiré fringes image which is captured into computers by CCD camera.

The effect of the angle of two gratings is analysed.A reference reflective concave sphere is used for angle calibration,the testing system is builed,and the angle of two gratings is calibrated by using the system.

The experimental results show that the relative Error is about 0.93%. when measured focal length is4820.50mm.

Keywords Talbot effect; moire fringe; long focal length measurement;angle calibration

1 引言 5

1．1 研究背景 1

1．2 传统测量焦距的几种方法 2

1．3 泰伯莫尔法测透镜焦距 8

1．4 本文研究内容 8

2 泰伯莫尔效应测距系统原理 9

2．1 泰伯效应原理 9

2．2 莫尔条纹效应原理 14

2．3 长焦距测量原理 17

3 长焦距测量系统栅线夹角的标定 19

3．1 长焦距测量系统原理图 19

3．2 光路标定以及系统的搭建 19

3．3 数据处理 24

3．4 长焦距测量实验及误差分析 26

结论 28

致谢 29

参考文献 30

1 引言

1．1 研究背景

大口径、长焦距光学元件系统被广泛应用于天文观测，资源勘探，军事侦察及地质灾害预测。在人类的对外空间的探索，认识宇宙、地球，起着重要作用。大气外层空间是地球稠密大气层之外的空间区域，在大气层之外展开的天文观测有着地面观测无法比拟的优越性：一、突破大气屏障，一些地面上无法观测的天体电磁辐射（如：紫外波段，红外波段等）能用来测量天体，真正实现全波段测量，而地面上仅能观测到很小的一部分波长；二、改善了观测条件，提高了光学观测和射电观测的分辨能力。由于分子的瑞利散射，地球大气起着非选择性的消光作用。在空间环境中的天文观测不仅能消除这些影响，还能减轻大气湍流造成的抖动和折射；三、由于在空间进行观测的仪器距离地面很高，因此空间天文观测具有全时段，全方位，超长干涉基线等优点[1]。