[發明專利]一種大口徑光學系統MTF測量裝置及方法

在審

• 申請號: 202010712501.8
• 申請日: 2020-07-22
• 公開（公告）號: CN111912607A
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 鄂可偉;趙建科;周艷;王濤;王爭鋒;劉鍇;李晶;薛勛;李坤
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 王凱敏

1.一種大口徑光學系統MTF測量裝置，其特征在于：包括主動式哈特曼波前傳感器(1)、參考平面反射鏡(3)、二維導軌(4)和控制系統；

主動式哈特曼波前傳感器(1)用于向待測的大口徑光學系統(2)發出球面波，以及接收待測的大口徑光學系統(2)返回的球面波實現波前探測；

參考平面反射鏡(3)位于待測的大口徑光學系統(2)的出光口處且設置在二維導軌(4)上，二維導軌(4)由控制系統(5)控制使得參考平面反射鏡(3)在待測的大口徑光學系統(2)口徑內移動。

2.根據權利要求1所述的大口徑光學系統MTF測量裝置，其特征在于：主動式哈特曼波前傳感器(1)包括光纖激光器(6)、準直鏡頭(7)、分光鏡(8)、標準鏡頭(9)和哈特曼波前傳感器(10)；標準鏡頭(9)設置準直鏡頭(7)準直產生的平行光經分光鏡(8)反射后的反射光路上；哈特曼波前傳感器(10)設置在分光鏡(8)的透射光路上，哈特曼波前傳感器(10)與標準鏡頭(9)分別位于分光鏡(8)的兩側且共光軸。

3.利用權利要求1或2所述的大口徑光學系統MTF測量裝置測量大口徑光學系統MTF的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：將待測的大口徑光學系統(2)的全口徑(11)劃分為N個子孔徑(12)；N≥2；

步驟2：平移所述參考平面反射鏡(3)，使其分別位于劃分得到的各個子孔徑上，利用主動式哈特曼波前傳感器(10)測量各個子孔徑上的波像差；

步驟3：使用補償因子可調的全局優化拼接算法去除各子孔徑調整產生的誤差，拼接得出待測的大口徑光學系統(2)的全口徑的波像差分布W；

步驟4：利用廣義光瞳函數的數學模型將波相差分布數據轉化為大口徑光學系統(2)的二維MTF分布。

4.根據權利要求3所述的大口徑光學系統MTF測量裝置測量大口徑光學系統MTF的方法，其特征在于，步驟3具體為：

3.1)以步驟2中第N次測量結果作為基準，利用補償函數f_k(x,y)對其余N-1次進行補償，則第i次測量的子孔徑波前滿足：

其中：

z_i(x,y)為第i個子孔徑上的波前分布；

z_i′_,i≠N(x,y)為補償后的第i個子孔徑上的波前分布；

T_ik是第i個子孔徑的補償函數的系數；

k＝1,2…L，L是擬合函數的個數；

3.2)設定目標函數：

3.3)基于步驟3.2)設定的目標函數，獲取其余N-1個子孔徑的補償系數R_i＝[T_i1,T_i2…T_iL]^T,i＝1,2…N-1；

3.4)基于步驟3.3)得到的補償系數，獲取待測的大口徑光學系統(2)的全口徑波前分布W，W_i由公以下公式給出：

W_N＝Z_N′(x,y)

在W中，在重疊區域上的波相差等于形成該重疊區域子孔徑波相差的平均值。

5.根據權利要求3或4所述的方法，其特征在于，步驟4具體為：

4.1)利用廣義光瞳函數P計算待測的大口徑光學系統(2)的相干脈沖響應

其中：

F表示傅里葉變換；

j²＝-1，λ為主動式哈特曼波前傳感器(1)發出的激光中心波長；

x_i,y_i表示哈特曼波前傳感器(10)上像元的坐標分布；

W(ξ,η)為由步驟3得到的全口徑波像差分布；

ξ,η為光瞳坐標；

P(ξ,η)為光瞳函數；

4.2)計算非相干照明下的強度脈沖響應h_I：

4.3)計算MTF：

MTF＝|OTF|＝|F{h_I}|。

6.根據權利要求3或4所述的方法，其特征在于，步驟1中相鄰兩個子孔徑圓心之間的距離與單個子孔徑直徑的比值小于1.5。