[發明專利]一種基于夏克-哈特曼波前傳感器的光學系統畸變測量方法

有效

• 申請號: 201611156582.8
• 申請日: 2016-12-15
• 公開（公告）號: CN106768882B
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: 張俊波;張昂;鮮浩;張學軍;魏凌;楊金生
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種基于夏克?哈特曼波前傳感器的光學系統畸變測量方法，該測量方法中，采用小口徑平行光源(1)入射被測光學系統(3)，通過掃描像面(5)使夏克?哈特曼波前傳感器(7)處于被測光學系統(3)的共焦位置，并記錄掃描角度ω'_p1，利用夏克?哈特曼波前傳感器(7)測量波像差(4)引起的偏移角度ω'_p2，進而得到實際出射角ω'_p，ω'_p＝ω'_p1+ω'_p2，并根據理想出射角ω'_o，入射角ω和被測光學系統(3)焦距f'，得到不同視場狀態下被測光學系統(3)的相對畸變量q和畸變量△y，△y＝qf'tanω。本發明的測量方法有效地降低了測量成本，提高了測量精度，增強了測量方法的通用性。

技術領域

本發明屬于光學系統檢測技術領域，特別涉及一種基于夏克-哈特曼波前傳感器的光學系統畸變測量方法。

背景技術

大視場光學系統能夠提高利用效率，但是隨著視場的增大，光學系統的畸變會隨之增大，雖然畸變不影響光學系統的成像質量，但會引起圖像的形狀失真。這種形狀失真對于不同的大視場光學系統的影響效果是不一樣的，對于用于普通任務或者景物的照相物鏡、電影攝像物鏡和放映物鏡等大多數非精密測量的物鏡，相對畸變量只要不大于0.5％，就不會有多大影響，因為這是人眼已經覺察不出直線成像時的變形。對于用于復制和精密測量的光學系統，例如制版物鏡、投影物鏡和航空攝影測量物鏡等，則對畸變大小有相當嚴格的要求，有的甚至要求在整個視場范圍內絕對畸變量不超過幾個微米。對于這樣的光學系統，不僅在設計時要盡可能對畸變進行校正，而且光學系統還要仔細地進行畸變測量，以便作為使用中測量結果的修正量。大多數攝影物鏡都是在物位于無限遠或者相當遠距離情況下使用的，因此，畸變的測量可以通過在給定視場角情況下測量像高來得到，也可以在給定像高下通過測量物方視場角得到。

在大口徑望遠鏡領域，為了提高觀測效率而將光學系統的視場設計較大，設計過程中，一般以中心視場的成像質量為基礎，同時為了保證軸外視場的成像質量，通常以放大軸外視場的畸變作為條件實現。特別是應用于天體測量的大口徑望遠鏡，畸變的準確測量就顯得非常重要。

目前，光學系統成像畸變測量方法主要分為兩種，一是精密測長法，二是精密測角法。精密測長法是指將標定過的網格板放置在被測光學系統的物方位置，使被測光學系統的光軸垂直網格板并通過其中心，記錄網格在像平面的圖案，用精密的測量儀器測量出各不同視場位置上的目標像到中心的距離；或是利用平行光源改變不同的入射視場角，測量不同視場位置上的目標像到中心視場像點的距離，例如在專利US5812260、US5471297、JP1123726等中描述的裝置。精密測角法是利用平行光管或被測光學系統繞入瞳中心的垂直軸做相對轉動，使得像面上星點像的中心坐標位于指定位置，通過計算像高和測量旋轉角度來計算畸變，例如專利CN202522395等中描述的裝置。

現有測量方法應用于大口徑望遠鏡設備中，存在明顯的缺陷，一是平行光源研制困難，平行光源的口徑需大于被測光學系統的口徑，這對于口徑達到數米，甚至十數米或數十米的大望遠鏡不可能實現，二是測量器件的通用性，現有方法中測量器件通常采用顯微鏡或是CCD陣列，其靶面大于被測望遠鏡的視場范圍，這對于長焦距、大視場、大口徑望遠鏡來講，其靶面通常達到數百毫米，成本較大，而且對于不同類型望遠鏡，不可能采用統一的靶面進行測量，一般都是需要針對性設計的，三是測量精度，像點位置在測量器件上通常利用質心算法計算其灰度值，得到質心，并用質心位置表示像點中心位置，這對于普通用途的光學系統而言，精度能夠滿足要求，對于計量用光學系統來講，質心位置與像點實際中心位置存在偏差，這部分偏差隨著像差增大而增大，達到微米級別，甚至毫米級別。