光學系統波前測量裝置及測量方法
2023-04-24 05:17:06
專利名稱:光學系統波前測量裝置及測量方法
技術領域:
本發明屬光學檢測領域,涉及一種光學系統波前測量裝置及測量方法,尤其涉及一種大口徑光學系統波前測量裝置。
背景技術:
光學系統的波前是其系統裝調後的一項重要技術指標,其好壞直接影響著系統的成像質量或傳輸性能。隨著我國航天事業、軍工靶場的不斷發展,大口徑光學系統的運用越來越多,隨之而來,波前的測試難度也越來越高。現有的測試方法包括以下幾種:I)採用雷射幹涉儀對光學系統的波前進行測試,但受雷射幹涉儀的口徑(目前我國口徑最大的幹涉儀為Φ800_)或標準反射鏡口徑的限制,波前測量口徑也隨之受限。同時,研製大口徑雷射幹涉儀,系統中所用大口徑光學元件加工難度大,造價十分昂貴,經濟性差。2)採用小口徑雷射幹涉儀掃描測量,這種方法受波前拼接精度影響較大,同時對大口徑光學系統測試時,系統調整相對複雜,測量時間較長。3)採用哈特曼波前測量系統對大口徑光學系統的波前進行測試,此方法需要研製一個口徑與待測光學系統口徑相當的縮束系統,費用也相對較高。
發明內容
為了解決背景技術中存在的上述問題,本發明提出了一種不採用大口徑光學元件即可快速對大口徑光學系統的系統波前進行測量的光學系統波前測量裝置及測量方法。本發明的技術解決方案是:本發明提供了一種光學系統波前測量裝置,其特殊之處在於:所述光學系統波前測量裝置包括雷射器、小透鏡陣列、成像透鏡陣列、CCD陣列以及採集控制計算機;所述小透鏡陣列、成像透鏡陣列以及CCD陣列依次設置在雷射器的出射光路上;所述CCD與採集控制計算機電性相連。上述成像透鏡陣列的成像物面是小透鏡陣列的焦面。上述小透鏡陣列至少包括四塊小透鏡;所述成像透鏡陣列包括至少一塊成像透鏡;所述成像透鏡陣列的成像物面是小透鏡陣列中的小透鏡的焦面。上述CXD陣列設置在成像透鏡陣列的成像面處。上述CXD陣列包括與成像透鏡陣列中的成像透鏡的數目相一致的(XD。上述雷射器包括光纖尾纖,所述光纖尾纖的纖芯小於待測光學系統的衍射限。上述光纖尾纖的纖芯小於待測光學系統的一倍衍射限。一種用於光學系統波前測量裝置的測量方法,其特殊之處在於:所述測量方法包括以下步驟:I)開啟雷射器產生雷射;2)將 步驟I)所得到的雷射注入待測光學系統並形成平面波;
3)由小透鏡陣列對步驟2)所形成的平面波進行光束聚焦,形成陣列焦斑;4)由成像透鏡陣列對步驟3)所形成的陣列焦斑進行成像,形成光斑圖像;5)由CXD陣列同步採集由步驟4)所形成的光斑圖像;6)由採集控制計算機對採集後的光斑圖像的位置進行判讀,並計算CCD陣列採集到的波前斜率;7)對待測光學系統的波前進行復原。本發明的優點是:1、採用本發明所提供的測量裝置,可進行大口徑光學系統的波前測試,尤其適用於口徑大於Im的光學系統的系統波前測試,系統研製成本相對較低;2、採用波前斜率對波前進行復原,具有哈特曼波前傳感器測量的優點,可實時動態測量大口徑光學系統的波前,測試精度高;3、根據測量口徑的大小及光束取樣要求,可有針對的設計小透鏡陣列與成像透鏡陣列,避免測試系統中使用大口徑光學元件。
圖1是本發明所提供的光學系統波前測量裝置的結構示意圖;其中:1-雷射器 ;2_待測光學系統;3_小透鏡陣列;4_成像透鏡陣列;5-(XD陣列;6-採集控制計算機。
具體實施例方式本發明如圖1所示,包括雷射器1、待測光學系統2、小透鏡陣列3、成像透鏡陣列
4、CCD陣列5、採集控制計算機6,採集控制計算機6內設有波前復原軟體。小透鏡陣列3、成像透鏡陣列4以及CXD陣列5依次設置在雷射器I的出射光路上;待測光學系統2置於雷射器I和小透鏡陣列3之間;(XD陣列5與採集控制計算機6電性相連。成像透鏡陣列4的成像物面是小透鏡陣列3的焦面;小透鏡陣列3至少包括四塊小透鏡;成像透鏡陣列4包括至少一塊成像透鏡;成像透鏡陣列4的成像物面是小透鏡陣列3中的小透鏡的焦面。CXD陣列5設置在成像透鏡陣列4的成像面處;(XD陣列5包括與成像透鏡陣列中4的成像透鏡的數目相一致的(XD。雷射器I包括光纖尾纖,光纖尾纖的纖芯小於待測光學系統的衍射限,尤其是小於待測光學系統的一倍衍射限。本發明在具體工作時,其工作方式是:開啟雷射器1,雷射由光纖尾纖輸出,光纖的纖芯小於待測光學系統2的一倍衍射限,將雷射注入待測光學系統2,形成平面波,由小透鏡陣列3對經待測光學系統2準直後的光束聚焦,形成陣列焦斑,由成像透鏡陣列4對其對應視場內的陣列焦斑成像,由CCD陣列5同步採集光斑圖像,對採集後的各子圖像的光斑位置進行判讀,通過計算CCD陣列5採集到的波前斜率對待測光學系統的波前進行復原。
權利要求
1.一種光學系統波前測量裝置,其特徵在於:所述光學系統波前測量裝置包括雷射器、小透鏡陣列、成像透鏡陣列、CCD陣列以及採集控制計算機;所述小透鏡陣列、成像透鏡陣列以及CCD陣列依次設置在雷射器的出射光路上;所述CCD陣列與採集控制計算機電性相連。
2.根據權利要求1所述的光學系統波前測量裝置,其特徵在於:所述成像透鏡陣列的成像面是小透鏡陣列的焦面。
3.根據權利要求2所述的光學系統波前測量裝置,其特徵在於:所述小透鏡陣列至少包括四塊小透鏡;所述成像透鏡陣列包括至少一塊成像透鏡;所述成像透鏡陣列的成像物面是小透鏡陣列中的小透鏡的焦面。
4.根據權利要求3所述的光學系統波前測量裝置,其特徵在於:所述CCD陣列設置在成像透鏡陣列的成像面處。
5.根據權利要求4所述的光學系統波前測量裝置,其特徵在於:所述CCD陣列包括與成像透鏡陣列中的成像透鏡的數目相一致的(XD。
6.根據權利要求1-5任一權利要求所述的光學系統波前測量裝置,其特徵在於:所述雷射器包括光纖尾纖,所述光纖尾纖的纖芯小於待測光學系統的衍射限。
7.根據權利要求6所述的光學系統波前測量裝置,其特徵在於:所述光纖尾纖的纖芯小於待測光學系統的一倍衍射限。
8.一種用於權利要求1-7任一權利要求所述的光學系統波前測量裝置的測量方法,其特徵在於:所述測量方法包括以下步驟: 1)開啟雷射器產生雷射; 2)將步驟I)所得到的雷射注入待測光學系統並形成平面波; 3)由小透鏡陣列對步驟2)所形成的平面波進行光束聚焦,形成陣列焦斑; 4)由成像透鏡陣列對步驟3)所形成的陣列焦斑進行成像,形成光斑圖像; 5)由CCD陣列同步採集由步驟4)所形成的光斑圖像; 6)由採集控制計算機對採集後的光斑圖像的位置進行判讀,並計算CCD陣列採集到的波前斜率; 7)對待測光學系統的波前進行復原。
全文摘要
本發明涉及一種光學系統波前測量裝置及測量方法,該光學系統波前測量裝置包括雷射器、小透鏡陣列、成像透鏡陣列、CCD陣列以及採集控制計算機;小透鏡陣列、成像透鏡陣列以及CCD陣列依次設置在雷射器的出射光路上;CCD與採集控制計算機電性相連。本發明提出了一種不採用大口徑光學元件即可快速對大口徑光學系統的系統波前進行測量的光學系統波前測量裝置及測量方法。
文檔編號G01M11/02GK103226059SQ20131012211
公開日2013年7月31日 申請日期2013年4月9日 優先權日2013年4月9日
發明者陳永權, 段亞軒, 李坤, 趙建科, 胡丹丹, 賽建剛, 龍江波 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所