专利名称：光学系统波前测量装置及测量方法
技术领域：
本发明属光学检测领域，涉及一种光学系统波前测量装置及测量方法，尤其涉及一种大口径光学系统波前测量装置。
背景技术：
光学系统的波前是其系统装调后的一项重要技术指标，其好坏直接影响着系统的成像质量或传输性能。随着我国航天事业、军工靶场的不断发展，大口径光学系统的运用越来越多，随之而来，波前的测试难度也越来越高。现有的测试方法包括以下几种:I)采用激光干涉仪对光学系统的波前进行测试，但受激光干涉仪的口径(目前我国口径最大的干涉仪为Φ800_)或标准反射镜口径的限制，波前测量口径也随之受限。同时，研制大口径激光干涉仪，系统中所用大口径光学元件加工难度大，造价十分昂贵，经济性差。2)采用小口径激光干涉仪扫描测量，这种方法受波前拼接精度影响较大，同时对大口径光学系统测试时，系统调整相对复杂，测量时间较长。3)采用哈特曼波前测量系统对大口径光学系统的波前进行测试，此方法需要研制一个口径与待测光学系统口径相当的缩束系统，费用也相对较高。
发明内容
为了解决背景技术中存在的上述问题，本发明提出了一种不采用大口径光学元件即可快速对大口径光学系统的系统波前进行测量的光学系统波前测量装置及测量方法。本发明的技术解决方案是:本发明提供了一种光学系统波前测量装置，其特殊之处在于:所述光学系统波前测量装置包括激光器、小透镜阵列、成像透镜阵列、CCD阵列以及采集控制计算机；所述小透镜阵列、成像透镜阵列以及CCD阵列依次设置在激光器的出射光路上；所述CCD与采集控制计算机电性相连。上述成像透镜阵列的成像物面是小透镜阵列的焦面。上述小透镜阵列至少包括四块小透镜；所述成像透镜阵列包括至少一块成像透镜；所述成像透镜阵列的成像物面是小透镜阵列中的小透镜的焦面。上述CXD阵列设置在成像透镜阵列的成像面处。上述CXD阵列包括与成像透镜阵列中的成像透镜的数目相一致的(XD。上述激光器包括光纤尾纤，所述光纤尾纤的纤芯小于待测光学系统的衍射限。上述光纤尾纤的纤芯小于待测光学系统的一倍衍射限。一种用于光学系统波前测量装置的测量方法，其特殊之处在于:所述测量方法包括以下步骤:I)开启激光器产生激光；2)将 步骤I)所得到的激光注入待测光学系统并形成平面波；
3)由小透镜阵列对步骤2)所形成的平面波进行光束聚焦，形成阵列焦斑；4)由成像透镜阵列对步骤3)所形成的阵列焦斑进行成像，形成光斑图像；5)由CXD阵列同步采集由步骤4)所形成的光斑图像；6)由采集控制计算机对采集后的光斑图像的位置进行判读，并计算CCD阵列采集到的波前斜率；7)对待测光学系统的波前进行复原。本发明的优点是:1、采用本发明所提供的测量装置，可进行大口径光学系统的波前测试，尤其适用于口径大于Im的光学系统的系统波前测试，系统研制成本相对较低；2、采用波前斜率对波前进行复原，具有哈特曼波前传感器测量的优点，可实时动态测量大口径光学系统的波前，测试精度高；3、根据测量口径的大小及光束取样要求，可有针对的设计小透镜阵列与成像透镜阵列，避免测试系统中使用大口径光学元件。
图1是本发明所提供的光学系统波前测量装置的结构示意图；其中:1-激光器 ；2_待测光学系统；3_小透镜阵列；4_成像透镜阵列；5-(XD阵列；6-采集控制计算机。
具体实施例方式本发明如图1所示，包括激光器1、待测光学系统2、小透镜阵列3、成像透镜阵列
4、CCD阵列5、采集控制计算机6，采集控制计算机6内设有波前复原软件。小透镜阵列3、成像透镜阵列4以及CXD阵列5依次设置在激光器I的出射光路上；待测光学系统2置于激光器I和小透镜阵列3之间；(XD阵列5与采集控制计算机6电性相连。成像透镜阵列4的成像物面是小透镜阵列3的焦面；小透镜阵列3至少包括四块小透镜；成像透镜阵列4包括至少一块成像透镜；成像透镜阵列4的成像物面是小透镜阵列3中的小透镜的焦面。CXD阵列5设置在成像透镜阵列4的成像面处；(XD阵列5包括与成像透镜阵列中4的成像透镜的数目相一致的(XD。激光器I包括光纤尾纤，光纤尾纤的纤芯小于待测光学系统的衍射限，尤其是小于待测光学系统的一倍衍射限。本发明在具体工作时，其工作方式是:开启激光器1，激光由光纤尾纤输出，光纤的纤芯小于待测光学系统2的一倍衍射限，将激光注入待测光学系统2，形成平面波，由小透镜阵列3对经待测光学系统2准直后的光束聚焦，形成阵列焦斑，由成像透镜阵列4对其对应视场内的阵列焦斑成像，由CCD阵列5同步采集光斑图像，对采集后的各子图像的光斑位置进行判读，通过计算CCD阵列5采集到的波前斜率对待测光学系统的波前进行复原。
权利要求
1.一种光学系统波前测量装置，其特征在于:所述光学系统波前测量装置包括激光器、小透镜阵列、成像透镜阵列、CCD阵列以及采集控制计算机；所述小透镜阵列、成像透镜阵列以及CCD阵列依次设置在激光器的出射光路上；所述CCD阵列与采集控制计算机电性相连。
2.根据权利要求1所述的光学系统波前测量装置，其特征在于:所述成像透镜阵列的成像面是小透镜阵列的焦面。
3.根据权利要求2所述的光学系统波前测量装置，其特征在于:所述小透镜阵列至少包括四块小透镜；所述成像透镜阵列包括至少一块成像透镜；所述成像透镜阵列的成像物面是小透镜阵列中的小透镜的焦面。
4.根据权利要求3所述的光学系统波前测量装置，其特征在于:所述CCD阵列设置在成像透镜阵列的成像面处。
5.根据权利要求4所述的光学系统波前测量装置，其特征在于:所述CCD阵列包括与成像透镜阵列中的成像透镜的数目相一致的(XD。
6.根据权利要求1-5任一权利要求所述的光学系统波前测量装置，其特征在于:所述激光器包括光纤尾纤，所述光纤尾纤的纤芯小于待测光学系统的衍射限。
7.根据权利要求6所述的光学系统波前测量装置，其特征在于:所述光纤尾纤的纤芯小于待测光学系统的一倍衍射限。
8.一种用于权利要求1-7任一权利要求所述的光学系统波前测量装置的测量方法，其特征在于:所述测量方法包括以下步骤: 1)开启激光器产生激光； 2)将步骤I)所得到的激光注入待测光学系统并形成平面波； 3)由小透镜阵列对步骤2)所形成的平面波进行光束聚焦，形成阵列焦斑； 4)由成像透镜阵列对步骤3)所形成的阵列焦斑进行成像，形成光斑图像； 5)由CCD阵列同步采集由步骤4)所形成的光斑图像； 6)由采集控制计算机对采集后的光斑图像的位置进行判读，并计算CCD阵列采集到的波前斜率； 7)对待测光学系统的波前进行复原。
全文摘要
本发明涉及一种光学系统波前测量装置及测量方法，该光学系统波前测量装置包括激光器、小透镜阵列、成像透镜阵列、CCD阵列以及采集控制计算机；小透镜阵列、成像透镜阵列以及CCD阵列依次设置在激光器的出射光路上；CCD与采集控制计算机电性相连。本发明提出了一种不采用大口径光学元件即可快速对大口径光学系统的系统波前进行测量的光学系统波前测量装置及测量方法。
文档编号G01M11/02GK103226059SQ20131012211
公开日2013年7月31日 申请日期2013年4月9日 优先权日2013年4月9日
发明者陈永权, 段亚轩, 李坤, 赵建科, 胡丹丹, 赛建刚, 龙江波 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所