所以，各国都投入重大人力物力发展这一区域，视其为当代科学大国的重要标志。今天的空间科学成就大大改变了人类过去根据地面观测而形成的许多传统观念，把人类的视野延伸到了宇宙空间深处。人类在空间光学测量方面取得了卓越成果，如在环境考察，行星、卫星和行星测量中。实践证明，空间光学观测比地面同类观测，具有无可比拟的优越性。特别是哈勃望远镜的发明，开辟了空间光学观测的新时代，大口径、长焦距光学元件系统起到重要作用，受到人们的重视。

另一方面，近年来，能源问题越来越受到人们的重视，目前核电站主要是利用铀核裂变反应释放出的能量来发电的，而铀核裂变会产生放射性裂变产物，如果处置不当，就可能污染环境和威胁人类健康。而利用激光核聚变建造的聚变能电站由于聚变反应本身不会产生放射性沾染，而诱发聚变反应的又是不产生污染的激光，因此，聚变能是一种没有污染的干净能源。热核聚变的燃料氘，氚储量丰富，且不产生放射性污染。所以，实现激光控制热核聚变，以解决人类未来的能源问题，对国计民生及军事应用均有极大的意义。

大口径、长焦距光学元件系统是大型高功率激光系统中必须使用的。如国内CIF激光驱动器，美国国家点火装置(NIF)及法国兆焦耳激光工程、中必须使用上千件各类光学元件。如我国的神光III系统中仅4O0mm 5O0mm以上的各类口径光学元件就有8000件，其中用于空间滤波和聚焦的长焦距系统就有1000件左右。因为口径大，焦距长，加工后精度较难控制，对高功率激光系统来说，大口径、长焦距光学系的焦距的测定以及焦点的定位，将直接影响激光系统的安装和空间滤波效果[2]。

长焦距系统的体积庞大，结构复杂，一方面难以在测量光路中摆设、移动，传统检测设备难以实现。另一方面，由于被测镜具有很大口径，焦距过长，在测量过程中温度变化、大气扰动、振动等都对图像的稳定度具有很大影响。而且，实际工作中又有很多往往不可预知的情况，因此很难达到或接近要求的精度。

本课题基于以上情况展开研究，针对像CIF高功率激光系统这样有大量大口径、长焦距的系统，必须开发一种实时快速、精密的自动测定焦距的测量系统来满足要求，能够完成大口径长焦距反射镜焦距的精确测量。

1．2  传统测量焦距的几种方法

焦距是表征光学系统的一个非常重要的参数。焦距值测量的准确性直接影响着光学仪器的正确使用和技术性能的充分发挥。同时，也决定着系统的放大倍率及像面位置，是光学系统装校过程中必须已知的参数。透镜焦距测量最简单最直接的方法就是用平行光照射被测透镜，然后测量从被测透镜到焦点的距离得到透镜的焦距;但是焦点的位置与照射的平行光的准直性直接相关，而且焦点的位置很难精确的确定，特别是当透镜的焦距很长的时候。

大型光学系统焦距检测技术要解决以下几个问题：①要尽可能地缩短光路长度；②须保证能够将被测系统放置于测量系统中③测量系统所需的器材容易获得④较高的测量精度。

1.2.1  几何光学测距

1）物象互换法：又称共辘法或者是位移法。使物体与屏之间的距离b> 4f，保持物体与屏之间的距离不动，移动被测透镜可以在屏上两次得到物体清晰的像，记录两次成清晰像时透镜移动的距离。由公式：