[發明專利]大口徑光學系統近場檢測裝置及其測量方法

有效

• 申請號: 201810429564.5
• 申請日: 2018-05-08
• 公開（公告）號: CN108871733B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 寇松峰;葉宇;張志永;田源;顧伯忠
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家天文臺南京天文光學技術研究所
• 主分類號: G01M11/00
• 分類號: G01M11/00;G01J9/00
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務所 32230
• 代理人: 栗仲平

1.一種大口徑光學系統近場檢測裝置，由準直鏡、微透鏡陣列和探測器組成夏克哈特曼波前測量裝置，其特征在于，在被測量目標的前方放置有點光源陣列作為測量信標，在被測目標的焦點前放置有分光鏡和定標點光源，焦點后依次放置有準直鏡、微透鏡陣列和探測器；由點光源陣列、測量目標、分光鏡和定標點光源組成系統自檢光路；由點光源陣列、測量目標、分光鏡、準直鏡、微透鏡陣列和探測器組成測量光路；

所述的點光源陣列為方形或圓形排列，開設有中孔或者不設中孔；

所述點光源陣列的點光源間隙內放置有平面反射鏡；該反射鏡用于反射定標點光源的入射光線，實現點光源陣列與測量目標之間空間位置的對準；

所述的點光源采用光纖；點光源的間隔、數量由點光源數值孔徑、點光源陣列與測量目標的間隔以及測量目標的有效口徑決定；

其中點光源陣列作為測量信標；點光源數量N根據公式1決定：

（1）

式中，D為測量目標入瞳直徑，L為點光源距離測量目標入瞳的距離，θ為點光源數值孔徑；

公式1得到的是不開中孔條件下，點光源陣列方形排布所需的點光源數量；當點光源圓形排列或者開中孔條件下，根據需要減少點光源數量。

2.根據權利要求1所述的大口徑光學系統近場檢測裝置，其特征在于，所述分光鏡用于將自檢光路和哈特曼測量光軸重合到一起；所述定標點光源用于產生系統自檢光束信號；所述準直鏡用于將被測目標形成的匯聚光束準直成平行光，其焦點與被測目標焦點重合，與定標點光源共軛；所述微透鏡陣列放置在準直鏡出瞳位置，為方形或者圓形排列，用于將經過準直鏡形成的平行光束分割成多個子孔徑，子孔徑內的光束分別匯聚到對應微透鏡的焦平面上，入射光斜率的變化將會造成像斑位置的變化；所述探測器用于捕捉微透鏡陣列匯聚的光信號，其光敏面與微透鏡陣列的焦平面重合。

3.權利要求1所述的大口徑光學系統近場檢測裝置的測量方法，其特征在于，步驟如下：

1）所述定標點光源發出孔徑光束經過分光鏡至被測目標，經被測目標反射至點光源陣列平面；

2）點光源陣列平面上安裝的平面反射鏡將光線反射，照射到被測目標；

3）被測目標反射回來的光束經分光鏡透射，進入準直鏡成為平行光束；

4）平行光束經過微透鏡陣列聚焦在探測器光敏面上，由探測器進行圖像采集；

5）對采集到的像斑圖像進行計算，給出點光源陣列相對于被測目標光軸的位置關系；

6）調整點光源陣列的位置，使其滿足測量要求；

7）關閉定標點光源，打開點光源陣列光源；

8）點光源陣列發出的孔徑光束經過被測目標反射、分光鏡透射、準直鏡準直成為平行光；

9）平行光束經過微透鏡陣列聚焦在探測器光敏面上，由探測器進行圖像采集；

10）對采集到的像斑圖像進行計算，給出測量目標波前誤差；

11）結果輸出。

4.根據權利要求3所述的大口徑光學系統近場檢測裝置的測量方法，其特征在于，所述步驟10）的具體計算方法是：建立入瞳上不同位置入射光線的像差方程，通過解方程組得到點光源陣列與被測光學系統或者零件像差的相關特性，通過迭代計算消除系統誤差，實現了非理想像點的高精度波前測量。