曲率半徑測(cè)量系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)測(cè)量領(lǐng)域，特別地涉及反射鏡的曲率半徑測(cè)量系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在激光器中通常使用各種曲面反射鏡，例如球面反射鏡、雙錐形反射鏡、柱面反射 鏡等，為了確定并檢測(cè)曲面反射鏡的性質(zhì)，通常需要測(cè)量其曲率半徑的大小，傳統(tǒng)的曲率半 徑測(cè)量?jī)x主要包括數(shù)字波面干涉儀和接觸式球徑儀。
[0003] 數(shù)字波面干涉儀可對(duì)曲率半徑進(jìn)行直接測(cè)量和間接測(cè)量，干涉測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)是，測(cè) 量過程中無(wú)測(cè)量力影響，不會(huì)損傷被測(cè)件表面，測(cè)量比較精確。干涉測(cè)量的缺點(diǎn)是，價(jià)格是 普通儀器的幾十倍，成本過高。
[0004] 接觸式球徑儀是用來測(cè)量球面曲率半徑的一種儀器，把鏡片放置在儀器上，利用 支撐球觸碰鏡片表面可以精確地測(cè)出曲率半徑，但該裝置只能測(cè)量球面反射鏡的曲率半徑 并且接觸鏡片表面容易損傷鏡片的反射膜。
[0005] 因此人們需要一種非接觸式的低成本的精確測(cè)量?jī)x器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 因此，本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種用于曲面反射鏡的 曲率半徑測(cè)量系統(tǒng)和方法。
[0007] 本發(fā)明提供一種用于曲面反射鏡的曲率半徑測(cè)量系統(tǒng)，包括：支架，用于放置曲面 反射鏡或平面反射鏡；環(huán)形光源，與曲面反射鏡或平面反射鏡的反射面相對(duì)放置；以及圖 像獲取單元，用于獲取環(huán)形光源經(jīng)由曲面反射鏡或平面反射鏡反射而獲得的圖像，其中，環(huán) 形光源與曲面反射鏡或平面反射鏡相隔適當(dāng)?shù)木嚯x以使得環(huán)形光源能夠經(jīng)由曲率反射鏡 或平面反射鏡在圖像獲取單元中成像。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明提供的曲率半徑測(cè)量系統(tǒng)，其中，圖像獲取單元包括照相機(jī)和鏡頭。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明提供的曲率半徑測(cè)量系統(tǒng)，其中，環(huán)形光源由沿圓周均勻布置的LED 組成。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明提供的曲率半徑測(cè)量系統(tǒng)，其中，照相機(jī)是CCD照相機(jī)，鏡頭是定焦鏡 頭。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明提供的曲率半徑測(cè)量系統(tǒng)，還包括圖像處理部分，圖像處理部分用于 對(duì)圖像獲取單元所獲得的圖像進(jìn)行計(jì)算處理，得到曲面反射鏡的曲率半徑。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明提供的曲率半徑測(cè)量系統(tǒng)，還包括中間平臺(tái)，其中支架包括上部平臺(tái) 和支柱，上部平臺(tái)與中間平臺(tái)之間相隔一定距離并用支柱支撐。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明提供的曲率半徑測(cè)量系統(tǒng)，其中，上部平臺(tái)的中央有孔，孔的內(nèi)部邊緣 安裝有鏡片固定器，用于固定曲面反射鏡。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明提供的曲率半徑測(cè)量系統(tǒng)，其中，鏡頭安裝在照相機(jī)上并穿過中間平 臺(tái)的中央的孔而突出于中間平臺(tái)，照相機(jī)位于中間平臺(tái)下方，環(huán)形光源圍繞鏡頭位于中間 平臺(tái)上。
[0015] 本發(fā)明還提供一種用于曲面反射鏡的曲率半徑測(cè)量方法，包括：獲取經(jīng)平面反射 鏡所反射的環(huán)形光源的圖像作為參考圖像；獲取經(jīng)曲面反射鏡所反射的環(huán)形光源的圖像； 獲得兩個(gè)圖像的大??；以及根據(jù)兩個(gè)圖像的大小來計(jì)算曲面反射鏡的曲率半徑。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明提供的曲率半徑測(cè)量方法，還包括在獲得兩個(gè)圖像的大小之前對(duì)兩個(gè) 圖像進(jìn)行濾波處理以得到清晰的圖像。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明提供的曲率半徑測(cè)量方法，其中，利用以下公式來計(jì)算曲率半徑：
[0018]
[0019] 其中，R是曲面反射鏡的曲率半徑，L是環(huán)形光源與反射鏡之間的距離，n"是使用 平面反射鏡所生成圖像的大小，n是使用曲面反射鏡所生成的圖像的大小，其中L大于鏡頭 焦距的2倍以使得環(huán)形光源在照相機(jī)上成像。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明提供的曲率半徑測(cè)量方法，其中，獲得兩個(gè)圖像的大小包括利用最小 二乘擬合算法。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明提供的曲率半徑測(cè)量方法，其中，如果曲面反射鏡所生成的圖像為圓 形，則圖像的大小是圓形圖像的直徑大??；如果曲面反射鏡所生成的圖像為橢圓形，則圖像 的大小是橢圓形圖像的長(zhǎng)軸和短軸的大小。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法不接觸鏡片，從而不會(huì)對(duì)鏡片造成損傷；可 以測(cè)量多種反射鏡，例如球面反射鏡、雙錐形反射鏡、柱面反射鏡等；成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操 作容易、測(cè)量結(jié)果精確。
【附圖說明】
[0023] 以下參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步說明，其中：
[0024] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的曲率半徑測(cè)量系統(tǒng)的示意圖；
[0025] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的曲率半徑測(cè)量系統(tǒng)的展開系統(tǒng)原理示意圖；以及
[0026] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的曲率半徑測(cè)量系統(tǒng)的布局示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的曲率半徑測(cè)量系統(tǒng)的示意圖。如圖1所示，該 系統(tǒng)包括三個(gè)平臺(tái)，即上部平臺(tái)101、中間平臺(tái)102和下部平臺(tái)103。
[0028] 上部平臺(tái)101的中央有孔，孔的內(nèi)部邊緣安裝有鏡片固定器110,用于固定曲面反 射鏡。鏡片固定器110還具有鏡片夾鉗111和適配器109。適配器109是安裝在鏡片固定 器110的孔中的環(huán)形元件，不同尺寸的鏡片采用不同的適配器。鏡片夾鉗111位于鏡片固 定器110兩側(cè)，用于夾住鏡片。
[0029] 上部平臺(tái)101和中間平臺(tái)102之間具有四個(gè)上部支柱112,上部支柱112與上部平 臺(tái)101之間可以具有彈簧107,可以減緩?fù)獠空駝?dòng)對(duì)系統(tǒng)組件的影響。圖1中僅示出了三個(gè) 上部支柱112,以使得露出內(nèi)部結(jié)構(gòu)。注意，上部支柱112需要精確地相等以確保曲面鏡垂 直于光軸。
[0030] 中間平臺(tái)102的中央有孔，鏡頭105穿過孔突出于中間平臺(tái)102,鏡頭105下部安 裝有照相機(jī)106,環(huán)形光源104位于中間平臺(tái)102上并由圍繞鏡頭105沿圓周均勻排列的LED組成。可以根據(jù)需要來選擇LED的光學(xué)參數(shù)、個(gè)數(shù)、圓環(huán)直徑和間隔角度，例如，采用功 率為5mW白色LED，圓環(huán)直徑為61mm，LED個(gè)數(shù)為12個(gè)，間隔角度為30度。照相機(jī)106和鏡 頭105 -起用于對(duì)環(huán)形光源的光經(jīng)反射鏡反射所成的圖像進(jìn)行拍攝。例如，照相機(jī)106是 1040*1392像素分辨率的(XD照相機(jī)，鏡頭102是35mm焦距的定焦鏡頭。上部平臺(tái)101和 中間平臺(tái)102之間的距離需要大于鏡頭焦距的2倍以使得環(huán)形光源104可以在照相機(jī)106 上成像。
[0031] 照相機(jī)106可以通過數(shù)據(jù)傳輸線連接至圖像處理部分（未圖示），圖像處理部分可 以是例如計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)上可以安裝數(shù)據(jù)采集卡，用于對(duì)照相機(jī)106拍攝的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集， 然后計(jì)算機(jī)上的軟件可以對(duì)所采集的圖像進(jìn)行圖像處理。
[0032] 下部平臺(tái)103用作整個(gè)系統(tǒng)的安裝平臺(tái)，下部平臺(tái)101與中間平臺(tái)102之間具有 四個(gè)下部支柱113。下部平臺(tái)103底部的四角具有半球底座108,用于減緩?fù)獠空駝?dòng)對(duì)儀器 的影響。下部支柱113需要精確地調(diào)節(jié)以確保鏡垂直于光軸。
[0033] 該系統(tǒng)還具有LED供電電源114,用于對(duì)LED進(jìn)行供電。LED供電電源114可以是 5V直流電源，所有LED并聯(lián)接入該電源。
[0034] 本實(shí)施例中的上述組成部件并不是唯一的，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行省略和替換。 例如在水平放置的情況下，上部平臺(tái)和支柱可以用支架代替，只要可以放置反射鏡即可，下 部平臺(tái)可以省略，圖像處理部分也可以合并在照相機(jī)中，只要滿足曲面反射鏡、環(huán)形光源、 照相機(jī)和鏡頭之間的位置關(guān)系，從而使得環(huán)形光源在照相機(jī)上成像即可。
[0035] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的曲率半徑測(cè)量系統(tǒng)的系統(tǒng)原理圖。
[0036] 本發(fā)明的目的是確定光環(huán)在通過平面鏡直接觀察以及之后通過未知的反射鏡 (假定為球面鏡）觀察的圖像大小的變化，即僅需要確定的是光環(huán)的圖像的直徑變化?，F(xiàn)在 參考圖2所示的展開系統(tǒng)。大小為A的對(duì)象放置在與成像透鏡（即鏡頭）fra距離2L的地 方。在滿足l/d=l/fra_l/2L的距離d處檢測(cè)圖像。圖像的大小滿足
[0037]
[0038] 其中a是對(duì)象所指向的角度，n〇0是利用平面反射