基于光栅的泰伯-莫尔法长焦距测量方法研究(2)
致 谢 41
参 考 文 献 42
1 绪论
长焦距透镜的焦距测量，在激光核聚变驱动器，天文光学系统，空中遥感相机等领域有着很重要的应用价值。
1.1 研究背景以及意义
焦距是光学系统中一种重要的光学特性参数，如果要对光学系统的特性进行较精确的测量，焦距是一个必须精确得知的量。焦距测量的精确性会直接的影响光学系统每个部位的正确使用和整体性能的发挥。光学系统装校过程中，系统的放大倍率、像面位置等参数都是必须精确的，比如其在摄影系统中有着重要的地位，直接影响了摄影性能的好坏。
举一些具体的例子，比如双目视仪器所用的一对目镜，这对目镜的焦距一致性的测试精度要求达到万分之一。再比如大型的相机，只有成像的光学系统分辨力能达到衍射极限的水平，才能实现高要求的分辨能力，但是往往在拍摄地面目标时，目标和相机是在相对运动状态下，并且处于高速运动状态，此时一定会发生移像，影响了系统作用的实现，为了减少或是消除移像的影响，只有进行补偿，但是对移像的补偿就与相机镜头的焦距有关，假设相机的焦距值不能准确得知，从而就不能进行良好的移像补偿了。
对于现在社会，世界各国都在投入大量的资源来研究新能源的问题。比如美国早在1998年，就启动了“国家点火装置工程”，其中20台激光发生器是研究工作的大型关键器件，又比如我国也提出了神光系列计划（神光Ⅰ、神光Ⅱ、神光Ⅲ）并取得了比较大的进展，其中都用到了大量的长焦距透镜。
而其中大口径光学元件系统则是大型高功率激光系统，比如国内的ICF激光驱动器，美国国家点火装置（NIF）和法国兆焦耳激光工程中必须使用的光学元件。而这些长焦距透镜光学元件则起着非常重要的作用。
同样，它不仅仅在激光核聚变驱动器上有重要作用，在天文光学系统以及空中遥感相机等领域中都有着重要的应用价值，这些都是精密测试系统，对焦距的精确值要求较高，因此长焦距透镜焦距的精确测量成为必要。
1.2 光学系统中焦距测量的几种方法概述
透镜焦距最简单的测量方法就是平行光照射被测透镜找焦点。但是焦点的位置和平行光的准直有很大的关系，特别当透镜的焦距很长的时候是很难准确测量的。传统的测量焦距的方法有很多种，大多数为利用纯几何光学的方法来测量，比如基于几何光学成像原理的物象互换法、放大率法、光栅法、精密侧角法、节点法等等。但是此时对测量焦距的光学系统的要求很高，操作较为复杂，并且对测量精度的影响较大。当所测透镜焦距很长或是大型的光学系统来说，受到光具座等有限的空间条件的限制，透镜或是光学系统很难在测量装置中安放。而且，在实际的工作环境中，很多内在外在条件影响是不可预知的，因此很难达到所要求的测量精度。
所以，对于测量长焦距，必须要满足两个方面，可行性和测量精度的要求。所以我们需要找到另一种简单易行，测量精度较高的方法。近年来，泰伯莫尔法测量长焦距成为了研究的重点，其具有非常广泛的应用价值。利用这个方法设计成功的光学系统可以在有限较短的光具座上进行测量，并且得到较为清晰精确的放大的莫尔图像，从而对于测量长焦距的两个条件已经满足。在对条纹分析中，继续可以进行进一步的研究，使结果更加精确。
1.2.1 传统纯几何测量方法
（1）基于几何光学成像原理的物象互换法（即位移法）
如下图所示：
使 一直成立，保持物体和屏的相对静止，即保持b不变。被测透镜在物体与屏之间移动，此时会有两个位置时，是物体的像，即屏上所呈现的像是清晰的。记录两次像清晰时透镜的位置1、位置2，之间距离为a。
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