一种用于小型离轴光学系统的mtf测试装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光学测量技术领域，特别涉及一种用于小型离轴光学系统的MTF测试 装置及方法。
【背景技术】
[0002] 随着注塑、车削等加工工艺不断进步，复杂自由曲面棱镜结构被越来越广泛的应 用在光学系统设计中，这种结构常常是离轴非对称式的。而常见的MTF测试设备的机械调 整结构都是针对同轴对称光学系统，平行光管、待测镜头以及探测系统在同一光轴上，用来 进行视场角测量的调整装置也只能在一维方向上小角度调整，无法直接进行入射光轴和出 射光轴有大角度夹角的离轴光学系统测量；并且不同视场角MTF测量也主要是针对一维方 向视场可以代表整个像面的旋转对称光学系统，无法对非对称系统的每一个视场点进行采 样。若要采用现有的MTF测试设备完成离轴非对称自由曲面棱镜测量，需要构建可以进行 两维方向旋转的机械调整机构，该调整机构由于在完成二维方向旋转的同时，还需要承载 待测光学系统和MTF探测系统，以及MTF探测系统自身的机械调整架，所以体积大，结构复 杂，费用也比较高。
【发明内容】
[0003] 有鉴于此，本发明针对现有技术中存在的问题，提出一种用于小型离轴光学系统 的MTF测试装置及方法，利用本发明可以使得测试调整机构大为简化，便于操作，并且将平 面反射镜与待测光学系统形成一个测试模块，特别便于开展一系列光学性能模块化测试， 简化操作流程，提高测试效率。
[0004] 实现本发明的技术方案如下：
[0005] -种用于小型离轴光学系统的MTF测试装置，主要由平行光管、MTF探测系统、 平面反射镜及二维旋转机构构成；其中二维旋转机构与平面反射镜刚性连接；平行光管和 MTF探测系统位于同一光轴上，平面反射镜位于二者之间。
[0006] 本发明平面反射镜的直径应满足在旋转时不遮挡待测光学系统的光路。平面反 射镜的加工面形误差应满足
，其中0为平面反射镜法线与入射光轴夹角， W(x，y)为满足一定测试精度前提下，系统误差分配给平面反射镜的波前误差。
[0007] -种用于小型离轴光学系统的MTF测试方法，具体步骤为：
[0008] 步骤一，设置MTF测试装置；
[0009] 所述测试装置主要由平行光管、MTF探测系统、平面反射镜及二维旋转机构构成； 其中二维旋转机构与平面反射镜刚性连接；平行光管和探测系统位于同一光轴上，平面反 射镜、二维旋转机构与待测光学系统构成测试模块位于平行光管和MTF探测系统之间的光 路中；
[0010] 步骤二，平行光管出射光经测试模块后会聚到MTF探测系统中，利用二维旋转机 构调整平面反射镜在光路中的放置角度，实现光的不同视场角入射到待测光学系统中，并 保证测试模块的入射光轴与出射光轴平行；
[0011] 步骤三，MTF探测系统根据接收的光信号测试出待测光学系统的MTF。
[0012] 有益效果
[0013] 本发明利用二维旋转机构调整平面反射镜，调整到达待测系统的光的入射角，实 现测试模块的入射光轴与出射光轴平行，从而实现对待测系统不同视场角进行MTF量，该 装置结构简单，体积小，且成本低，易于形成一个模块，应用到其他光学参数测量中。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明用于小型离轴光学系统的MTF测试装置的示意图；
[0015] 图2为本发明提出的MTF测试装置用于自由曲面棱镜MTF测试的示意图；其中：1 平行光管，2待测光学系统，3MTF探测系统，4平面反射镜，5二维旋转机构，6测试模块，7为 待测的离轴非对称自由曲面棱镜。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0017] 如图1所示，一种用于小型离轴光学系统的MTF测试装置，主要由平行光管1、MTF 探测系统3、平面反射镜4及二维旋转机构5构成；其中二维旋转机构5与平面反射镜4刚 性连接；平行光管1和MTF探测系统3位于同一光轴上，平面反射镜5位于二者之间。
[0018] 本发明方法的工作原理为：将待测光学系统2放置到该MTF测试装置3与平行光 管1构成的测试光路中，并与平面反射镜4构成测试模块6,平面反射镜4折转待测光学系 统2的光路，使得测试模块6形成一个共光轴光学系统；平行光管1发出平行光，经过测试 模块6,会聚在MTF探测系统3上，针对会聚光斑的解算，可以得出待测光学系统的MTF ;二 维旋转机构5可以带动平面反射镜4在空间两维方向上的旋转，进行不同视场点的采样，从 而完成不同视场角下的光学系统MTF测试。
[0019] 本发明所述二维旋转机构5是能够实现空间两维方向上倾斜、旋转的调整机构， 可以是手动调整也可以是自动调整，不影响本方法实施。
[0020] 本发明所述测试模块6,不仅可以用在MTF测试中，还可以作为一个整体，应用在 其它光学性能测试设备中。
[0021] 本发明平面反射镜的直径应满足在旋转时不遮挡待测光学系统的光路。平面反 射镜的加工面形误差应满足
其中0为平面反射镜法线与入射光轴夹角， W(x，y)为满足一定测试精度前提下，系统误差分配给平面反射镜的波前误差。
[0022] 本发明一种用于小型离轴光学系统的MTF测试方法，具体步骤为：
[0023] 步骤一，设置MTF测试装置；
[0024] 所述测试装置主要由平行光管1、MTF探测系统3、平面反射镜4及二维旋转机构 5构成；其中二维旋转机构5与平面反射镜4刚性连接；平行光管1和MTF探测系统3位于 同一光轴上，平面反射镜4、二维旋转机构5与待测光学系统2构成测试模块6位于平行光 管1和MTF探测系统3之间的光路中；
[0025] 步骤二，平行光管1出射光经测试模块6后会聚到MTF探测系统3中，利用二维旋 转机构5调整平面反射镜4在光路中的放置角度，实现光的不同视场角入射到待测光学系 统2中，并保证测试模块6的入射光轴与出射光轴平行；
[0026] 步骤三，MTF探测系统3根据接收的光信号测试出待测光学系统2的MTF。
[0027] 实例：待测系统为非对称自由曲面棱镜，
[0028] 如图2所示，平行光管1和MTF探测系统3在同一光轴上，测试模块6放置在二者 之间的光路中；测试模块6由待测的离轴非对称自由曲面棱镜7、平面反射镜4以及二维旋 转机构5构成；二维旋转机构5与平面反射镜4刚性连接。
[0029] 待测的离轴非对称自由曲面棱镜7的出射光轴和入射光轴的夹角为2 0，则需要 平面反射镜4的放置角度为法线方向与水平方向夹角为0，使得待测的离轴非对称自由曲 面棱镜7的入射光轴与出射光轴平行；同时平面反射镜4的口径应足够大，不对离轴非对称 自由曲面棱镜7的光路造成遮拦。平面反射镜4的加工面形误差应满足
W(x，y)为满足一定测试精度前提下，系统误差分配给平面反射镜的波前误差。
[0030] 平行光管1发出平行光，经过测试模块6,会聚在MTF探测系统3上，针对会聚光斑 的解算，可以得出离轴非对称自由曲面棱镜7的MTF ;二维旋转机构5可以带动平面反射镜 4在空间两维方向上的旋转，进行不同视场点的采样，从而完成不同视场角下离轴非对称自 由曲面棱镜7的MTF测试。
[0031] 综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。
【主权项】
1. 一种用于小型离轴光学系统的MTF测试装置，其特征在于，主要由平行光管（1)、MTF 探测系统（3)、平面反射镜（4)及二维旋转机构（5)构成；其中二维旋转机构（5)与平面反 射镜（4)巧雌连接；平行光管（1)和MTF探测系统做位于同一光轴上，平面反射镜（4)位 于二者之间。2. 根据权利要求1所述用于小型离轴光学系统的MTF测试装置，其特征在于，所述平面 反射镜（4)的加工面形误差应满足其中0为平面反射镜法线与入射光 轴夹角，W(x，y)为满足一定测试精度前提下，系统误差分配给平面反射镜的波前误差。3. -种用于小型离轴光学系统的MTF测试方法，其特征在于，具体步骤为： 步骤一，设置MTF测试装置； 所述测试装置主要由平行光管（1)、MTF探测系统（3)、平面反射镜（4)及二维旋转机 构（5)构成；其中二维旋转机构（5)与平面反射镜（4)刚性连接；平行光管（1)和MTF探测 系统（3)位于同一光轴上，平面反射镜（4)、二维旋转机构（5)与待测光学系统（2)构成测 试模块（6)位于平行光管（1)和MTF探测系统（3)之间的光路中； 步骤二，平行光管（1)出射光经测试模块（6)后会聚到MTF探测系统（3)中，利用二维 旋转机构（5)调整平面反射镜（4)在光路中的放置角度，实现光的不同视场角入射到待测 光学系统（2)中，并保证测试模块化）的入射光轴与出射光轴平行； 步骤S，MTF探测系统（3)根据接收的光信号测试出待测光学系统（2)的MTF。
【专利摘要】本发明提出一种用于小型离轴光学系统的MTF测试装置及方法，该装置主要由平行光管、MTF探测系统、平面反射镜及二维旋转机构构成；其中二维旋转机构与平面反射镜刚性连接；平行光管和MTF探测系统位于同一光轴上，平面反射镜位于二者之间。利用本发明可以使得测试调整机构大为简化，便于操作，并且将平面反射镜与待测光学系统形成一个测试模块，特别便于开展一系列光学性能模块化测试，简化操作流程，提高测试效率。
【IPC分类】G01M11/02
【公开号】CN104931239
【申请号】CN201510320716
【发明人】程德文, 胡源, 王涌天, 刘越
【申请人】北京理工大学
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年6月12日