CN113655033B - 光学系统透过率检测装置及其透过率和反射率检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光学系统透过率检测装置及其透过率和反射率检测方法，光学系统透过率检测装置包括光路调整单元、探测光测量单元和参考光测量单元，光路调整单元包括分光镜、小孔光阑和反射器，分光镜用于将入射光分为透射的初次探测光和反射的参考光，小孔光阑和反射器相配合用于根据需要对初次探测光进行反射形成反射探测光；探测光测量单元用于对反射探测光进行检测；参考光测量单元用于对参考光进行检测；探测光测量单元、参考光测量单元、分光镜和小孔光阑位于待测光学元件的同一侧。本发明的技术方案能够集中关键探测部件，优化探测布局，便于实现电气一体化设计，且能够提高测量精度。

Description

光学系统透过率检测装置及其透过率和反射率检测方法

技术领域

本发明涉及光学系统性能检测领域，特别涉及一种光学系统透过率检测装置及其透过率和反射率检测方法。

背景技术

透过率和反射率是对光学元件的辐射光通量反映和成像质量评价的重要参考量，因此对其进行的测量非常重要。

在现有的光学元件透过率和反射率的检测装置中，入射光源、分光镜和参考光测量单元位于光学元件的一侧，而探测光测量单元位于光学元件的另一侧，导致关键探测部件空间上分散，不利于电气一体化设计。并且，现有的光学元件透过率和反射率的检测为窄光束测试，其测试工况与光学元件的实际工况不符，体现在测试口径范围仅能测试光学元件的中间区域的透过率和反射率，以及测试的入射角度和覆盖范围与实际工况不符，最终导致测试结果不准确。

因此，需要设计一种新的光学系统透过率检测装置及其透过率和反射率检测方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光学系统透过率检测装置及其透过率和反射率检测方法，能够集中关键探测部件，优化探测布局，便于实现电气一体化设计；且能够提高测量精度。

为实现上述目的，本发明提供了一种光学系统透过率检测装置，包括：

光路调整单元，包括分光镜、小孔光阑和反射器，所述分光镜、小孔光阑和反射器沿着入射光的方向依次设置，所述分光镜用于将所述入射光分为透射的初次探测光和反射的参考光，所述小孔光阑具有通光孔和围绕所述通光孔的反射板，所述反射器和所述小孔光阑相配合用于根据需要对所述初次探测光进行反射，以形成反射探测光，且所述反射探测光能到达所述分光镜，进而被所述分光镜再次反射；

探测光测量单元，用于对所述分光镜再次反射的所述反射探测光进行检测；以及，

参考光测量单元，用于对所述分光镜反射的所述参考光进行检测；

所述探测光测量单元、所述参考光测量单元、所述分光镜和所述小孔光阑位于待测光学元件的同一侧。

可选的，当根据需要使得所述反射器的自准直点偏离系统光轴时，所述初次探测光穿过所述小孔光阑的通光孔到达所述反射器处并发生初次反射，初次反射后的探测光再经所述小孔光阑的反射板发生二次反射，二次反射后的探测光再次到达所述反射器处发生三次反射，以形成所述反射探测光，所述反射探测光再次穿过所述小孔光阑的通光孔后到达所述分光镜，进而被所述分光镜再次反射；其中，所述初次探测光以及对所述初次探测光进行初次反射、二次反射和三次反射后形成的探测光均会聚于所述反射器的自准直面。

可选的，当根据需要使得所述反射器的自准直点位于系统光轴上时，所述初次探测光穿过所述小孔光阑的通光孔到达所述反射器处并发生初次反射，以形成所述反射探测光，所述反射探测光穿过所述小孔光阑的通光孔后到达所述分光镜，进而被所述分光镜再次反射；其中，所述初次探测光和所述反射探测光均会聚于所述反射器的自准直点。

可选的，所述探测光测量单元包括第二会聚组件、第一消杂光阑和第一探测器，所述第二会聚组件用于将所述分光镜反射的所述反射探测光会聚于所述第一消杂光阑上，所述反射探测光经所述第一消杂光阑消除杂散光后被所述第一探测器所检测。

可选的，所述参考光测量单元包括第三会聚组件、第二消杂光阑和第二探测器，所述第三会聚组件用于将所述分光镜反射的所述参考光会聚于所述第二消杂光阑上，所述参考光经所述第二消杂光阑消除杂散光后被所述第二探测器所检测。

可选的，所述光学系统透过率检测装置还包括第一位置调整单元，用于调整所述待测光学元件在系统光轴的方向上和垂直于所述系统光轴的方向上的位置，以及调整所述待测光学元件与所述系统光轴之间的夹角。

可选的，所述光学系统透过率检测装置还包括第二位置调整单元，用于移动所述反射器，以控制所述反射器的位置。

可选的，所述反射器为一曲面反射镜。

可选的，所述反射器为一准直透镜和一平面反射镜的组合。

可选的，所述光路调整单元还包括：设置于所述分光镜的背向所述小孔光阑一侧的针孔挡板，所述针孔挡板具有针孔，并用于减小到达所述反射器上的所述初次探测光的光斑。

可选的，所述光路调整单元还包括：设置于所述针孔挡板和所述分光镜之间的扩束组件，所述扩束组件用于对所述入射光进行扩束。

可选的，所述光路调整单元还包括：设置于所述扩束组件和所述分光镜之间的孔径光阑，所述孔径光阑用于调节经所述扩束组件扩束后的所述入射光的束宽。

可选的，所述光路调整单元还包括：设置于所述分光镜和所述小孔光阑之间的第一会聚组件，所述第一会聚组件用于会聚所述分光镜透射的所述初次探测光，以使得会聚后的所述初次探测光的发散角小于所述待测光学元件的数值孔径角。

可选的，所述光路调整单元还包括光束适配器，设置于所述小孔光阑和所述反射器之间，所述光束适配器用于调制所述初次探测光进入所述待测光学元件时的孔径角及入射位置。

本发明还提供了一种光学系统透过率检测方法，采用光学系统透过率检测装置对待测光学元件的透过率进行检测，所述光学系统透过率检测方法包括：

光路校准步骤，先将所述待测光学元件从测试光路中移除，然后调整反射器的位置，以使得分光镜透射的初次探测光的会聚点或反向追击点位于所述反射器的自准直面，且所述反射器的自准直点偏离系统光轴，所述反射器和小孔光阑相配合对所述初次探测光进行反射形成反射探测光，通过探测光测量单元测得所述反射探测光的初始光强，并通过参考光测量单元测得所述分光镜反射的参考光的初始光强；以及，

透过率检测步骤，将所述待测光学元件置于所述测试光路中，并调整所述待测光学元件和所述反射器的位置，以使得所述反射器的自准直点偏离系统光轴，且所述初次探测光的会聚点位于所述反射器的自准直面，通过调整所述待测光学元件至不同的倾斜，使得所述探测光测量单元测得所述反射探测光的光强，所述参考光测量单元测得所述参考光的光强，以得到不同倾斜所对应的反射探测光光强和参考光光强，进而计算获得所述待测光学元件的不同主光线入射角度下的透过率。

可选的，还包括对所述待测光学元件的透过率均匀性进行检测，其步骤包括：

先将所述待测光学元件从测试光路中移除，然后调整所述反射器的位置，以使得所述反射器的自准直点与所述初次探测光的会聚点重合，通过所述探测光测量单元测得所述反射探测光的第一位置光强，并通过所述参考光测量单元测得所述参考光的第一位置光强，以计算获得第一系统修正参数；

调整所述反射器的垂轴位置，以使得所述反射器的自准直点偏离所述系统光轴，通过所述探测光测量单元测得所述反射探测光的第二位置光强，并通过所述参考光测量单元测得所述参考光的第二位置光强，以计算获得第二系统修正参数；

将所述待测光学元件置于所述测试光路中，调整所述待测光学元件和所述反射器的位置，以使得所述反射器的自准直点位于所述系统光轴上，且所述初次探测光的会聚点位于所述反射器的自准直点处，通过所述探测光测量单元测得所述反射探测光的第三位置光强，所述参考光测量单元测得所述参考光的第三位置光强，以计算获得所述待测光学元件的第一透过率；以及，

调整所述反射器的垂轴位置，以使得所述反射器的自准直点偏离所述系统光轴，通过所述探测光测量单元测得所述反射探测光的第四位置光强，所述参考光测量单元测得所述参考光的第四位置光强，以计算获得所述待测光学元件的第二透过率，进而计算获得所述待测光学元件的透过率均匀性。

本发明还提供了一种光学系统反射率检测方法，采用光学系统透过率检测装置对待测光学元件的反射率进行检测，所述反射器的反射率已知；所述光学系统反射率检测方法包括：

光路校准步骤，先将所述待测光学元件从测试光路中移除，然后调整反射器的位置，以使得分光镜透射的初次探测光的会聚点或反向追击点位于所述反射器的自准直面，且所述反射器的自准直点偏离系统光轴，所述反射器和小孔光阑相配合对所述初次探测光进行反射形成反射探测光，通过所述探测光测量单元测得所述反射探测光的初始光强，并通过所述参考光测量单元测得所述分光镜反射的参考光的初始光强；以及，

反射率检测步骤，先将所述反射器从所述测试光路中移除，再将所述待测光学元件置于所述测试光路中，并调整所述待测光学元件的位置，以使得所述待测光学元件的自准直点与所述光路校准步骤中的所述反射器的自准直点的位置相同，通过所述探测光测量单元测得所述反射探测光的光强，所述参考光测量单元测得所述参考光的光强，以得到反射探测光光强和参考光光强，进而计算获得所述待测光学元件的不同主光线入射角度下的反射率。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

1、本发明的光学系统透过率检测装置，通过将分光镜、小孔光阑、探测光测量单元和参考光测量单元集成在一起，集中设置在待测光学元件的同一侧，优化了探测布局，方便了光电一体化设计；进一步地，通过小孔光阑和反射器相配合用于根据需要对初次探测光进行反射，使得初次探测光能够多次经过待测光学元件之后被探测光测量单元所检测，进而使得测量精度得到提高，降低各个部件的重装风险。

2、本发明的光学系统透过率检测方法，通过采用光学系统透过率检测装置对待测光学元件的透过率进行检测，使得能够集中关键探测部件，优化探测布局，方便光电一体化设计；并且，由于初次探测光能够多次经过待测光学元件之后被探测光测量单元所检测，使得测量精度得到提高。

3、本发明的光学系统反射率检测方法，通过采用光学系统透过率检测装置对待测光学元件的反射率进行检测，使得能够集中关键探测部件，优化探测布局，方便光电一体化设计；并且，由于初次探测光能够多次经过待测光学元件之后被探测光测量单元所检测，使得测量精度得到提高。

附图说明

图1是本发明一实施例的光学系统透过率检测装置的结构示意图；

图2是图1所示的光学系统透过率检测装置中的探测光测量单元、参考光测量单元和光路调整单元中的各个部件的结构示意图；

图3是图1所示的光学系统透过率检测装置中的光束适配器调制光束的示意图；

图4是本发明另一实施例的光学系统透过率检测装置的示意图；

图5是本发明一实施例的光学系统透过率检测方法检测透过率均匀性时标定第一系统修订参数的示意图；

图6是本发明一实施例的光学系统透过率检测方法检测透过率均匀性时标定第二系统修订参数的示意图；

图7是本发明一实施例的光学系统透过率检测方法检测透过率均匀性时测试第三位置光强分布的示意图；

图8是本发明一实施例的光学系统反射率检测方法检测反射率的示意图。

其中，附图1～8的附图标记说明如下：

1-光源；2-待测光学元件；3-系统光轴；401-针孔挡板；402-扩束组件；403-孔径光阑；404-分光镜；405-第一会聚组件；406-小孔光阑；407-光束适配器；408-反射器；4081-准直透镜；4082-平面反射镜；5-探测光测量单元；501-第二会聚组件；502-第一消杂光阑；503-第一探测器；6-参考光测量单元；601-第三会聚组件；602-第二消杂光阑；603-第二探测器；7-第一位置调整单元；8-第二位置调整单元；L1-初次探测光；L2-参考光；L3-初次反射探测光；L4-光阑反射探测光；L5-再次反射探测光；Z1-自准直面；Z2-自准直点。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图1～8对本发明提出的光学系统透过率检测装置及其透过率和反射率检测方法作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明一实施例提供一种光学系统透过率检测装置，参阅图1～2，图1是本发明一实施例的光学系统透过率检测装置的结构示意图，图2是图1所示的光学系统透过率检测装置中的探测光测量单元、参考光测量单元和光路调整单元中的各个部件的结构示意图，从图1～2中可看出，所述光学系统透过率检测装置包括光路调整单元、探测光测量单元5和参考光测量单元6，所述光路调整单元包括分光镜404、小孔光阑406和反射器408，所述分光镜404、小孔光阑406和反射器408沿着入射光的方向依次设置，所述分光镜404用于将所述入射光分为透射的初次探测光L1和反射的参考光L2，所述小孔光阑406具有通光孔和围绕所述通光孔的反射板，所述反射器408和所述小孔光阑406相配合用于根据需要对所述初次探测光L1进行反射，以形成反射探测光，且所述反射探测光能到达所述分光镜404，进而被所述分光镜404再次反射；所述探测光测量单元5用于对所述分光镜404再次反射的所述反射探测光进行检测；所述参考光测量单元6用于对所述分光镜404反射的所述参考光L2进行检测；所述探测光测量单元5、所述参考光测量单元6、所述分光镜404和所述小孔光阑406位于待测光学元件2的同一侧。

下面参阅图1～4更为详细的介绍本实施例提供的光学系统透过率检测装置，其中，图3是图1所示的光学系统透过率检测装置中的光束适配器调制光束的示意图，图4是本发明另一实施例的光学系统透过率检测装置的示意图。

所述光路调整单元包括分光镜404、小孔光阑406和反射器408，所述分光镜404、小孔光阑406和反射器408沿着入射光的方向依次设置，且所述分光镜404和所述小孔光阑406设置于所述待测光学元件2的一侧，所述反射器408设置于所述待测光学元件2的另一侧。

所述分光镜404用于将所述入射光分为透射的初次探测光L1和反射的参考光L2，所述小孔光阑406具有通光孔和围绕所述通光孔的反射板，所述反射板面向所述反射器408的一面为反射面，所述反射器408和所述小孔光阑406相配合用于根据需要对所述初次探测光L1进行反射，以形成反射探测光，且所述反射探测光能到达所述分光镜404，进而被所述分光镜404再次反射，在此过程中，所述分光镜404透射的探测光能够多次经过所述待测光学元件2。其中，图1和图4中仅示出上边缘的一路入射光进入所述光路调整单元之后的光路变化情况，实际为对称光路。光源1用于提供入射光，所述待测光学元件2可以为单个的透镜或平面镜，也可以为透镜组等。

所述反射器408和所述小孔光阑406相配合用于根据需要对所述初次探测光L1进行反射的情况包括：当根据需要使得所述反射器408的自准直点偏离系统光轴3时，所述初次探测光L1穿过所述小孔光阑406的通光孔到达所述反射器408处并发生初次反射，初次反射后的探测光再经所述小孔光阑406的反射板发生二次反射，二次反射后的探测光再次到达所述反射器408处发生三次反射，以形成所述反射探测光，所述反射探测光再次穿过所述小孔光阑406的通光孔后到达所述分光镜404，进而被所述分光镜404再次反射，在此过程中，所述分光镜404透射的探测光能够四次经过所述待测光学元件2，且所述初次探测光以及对所述初次探测光进行初次反射、二次反射和三次反射后形成的探测光均会聚于所述反射器408的自准直面；当根据需要使得所述反射器408的自准直点位于系统光轴3上时，所述初次探测光L1穿过所述小孔光阑406的通光孔到达所述反射器408处并发生初次反射，以形成所述反射探测光，所述反射探测光穿过所述小孔光阑406的通光孔后到达所述分光镜404，进而被所述分光镜404再次反射，在此过程中，仅所述反射器408对所述初次探测光进行反射，所述小孔光阑406未对所述初次探测光进行反射，使得所述分光镜404透射的探测光能够两次经过所述待测光学元件2，且所述初次探测光和所述反射探测光均会聚于所述反射器408的自准直点。

所述光路调整单元还包括：设置于所述分光镜404的背向所述小孔光阑406一侧的针孔挡板401，所述针孔挡板401具有针孔，并用于减小到达所述反射器408上的所述初次探测光L1的光斑，进而降低所述反射器408的反射率均匀性对检测结果的影响。

所述光路调整单元还包括：设置于所述针孔挡板401和所述分光镜404之间的扩束组件402，所述扩束组件402用于对所述入射光进行扩束。

所述光路调整单元还包括：设置于所述扩束组件402和所述分光镜404之间的孔径光阑403，所述孔径光阑403上的开孔大小可调节，以用于调节经所述扩束组件402扩束后的所述入射光的束宽。

所述光路调整单元还包括：设置于所述分光镜404和所述小孔光阑406之间的第一会聚组件405，所述第一会聚组件405用于会聚所述分光镜404透射的所述初次探测光L1，以使得会聚后的所述初次探测光L1的发散角小于所述待测光学元件2的数值孔径角。通过采用所述孔径光阑403改变所述入射光的束宽，使得经所述第一会聚组件405会聚后的所述初次探测光L1的发散角改变，以适应不同的待测光学元件2，进而确保所述初次探测光L1的发散角始终小于所述待测光学元件2的数值孔径角。

所述光路调整单元还包括光束适配器407，设置于所述小孔光阑406和所述反射器408之间，当所述待测光学元件2位于测试光路中时，所述光束适配器407设置于所述小孔光阑406和所述待测光学元件2之间。所述光束适配器407用于调制所述初次探测光L1进入所述待测光学元件2时的孔径角及入射位置。如图3所示，可以对所述光束适配器407的轴向位置(即系统光轴3的方向上的位置)进行调整。并且，可以根据所述光束适配器407的具体设计来对其整体或者某一部分进行移动，也可以根据实际需求对其进行更换或者组合配置。

所述探测光测量单元5用于对所述分光镜404再次反射的所述反射探测光进行检测。所述探测光测量单元5包括第二会聚组件501、第一消杂光阑502和第一探测器503，所述第二会聚组件501用于将所述分光镜404反射的所述反射探测光会聚于所述第一消杂光阑502上，所述反射探测光经所述第一消杂光阑502消除杂散光且通过所述第一消杂光阑502上的小孔之后被所述第一探测器503所检测。

所述参考光测量单元6用于对所述分光镜404反射的所述参考光L2进行检测。所述参考光测量单元6包括第三会聚组件601、第二消杂光阑602和第二探测器603，所述第三会聚组件603用于将所述分光镜404反射的所述参考光L2会聚于所述第二消杂光阑602上，所述参考光L2经所述第二消杂光阑602消除杂散光且通过所述第二消杂光阑602上的小孔之后被所述第二探测器603所检测。所述第一消杂光阑502和所述第二消杂光阑602上的小孔越小，消除杂散光的效果越好，进而减小杂散光对测量造成的误差。在图1和图4中，所述探测光测量单元5和所述参考光测量单元6均用虚线框示意。

所述光学系统透过率检测装置还包括第一位置调整单元7，用于调整所述待测光学元件2在所述系统光轴3的方向上和垂直于所述系统光轴3的方向上的位置，以及调整所述待测光学元件2与所述系统光轴3之间的夹角。由于在实际工作中，到达所述待测光学元件2上的某束光中的主光线可能出现偏离所述系统光轴3和/或相对于所述系统光轴3倾斜的情况。那么，就可以通过调整所述待测光学元件2以所述系统光轴3为轴进行旋转，或者以垂直于所述系统光轴3的轴为轴进行旋转，以对所述待测光学元件2与所述系统光轴3之间的夹角(或者说所述待测光学元件2相对于所述系统光轴3的倾斜角度)和偏离所述系统光轴3的情况进行调整，进而使得主光线相对于所述待测光学元件的入射角与实际工况一致；并且，通过对所述待测光学元件2在所述系统光轴3的方向上和垂直于所述系统光轴3的方向上的位置进行调整，也可以实现整个所述待测光学元件2的透过率的检测。因此，通过调整所述待测光学元件2的位置，以及配合所述孔径光阑403和所述光束适配器407，使得所述初次探测光L1进入所述待测光学元件2的位置与实际工况一致，进而实现不同主光线角度下及不同子孔径(即初次探测光L1覆盖待测光学元件2的区域范围)的性能测量，从而实现实际工况下的透过率的检测，降低了各个部件的重装风险。

所述光学系统透过率检测装置还包括第二位置调整单元8，用于移动所述反射器408，例如在垂直于系统光轴的方向上移动所述反射器408，以控制所述反射器408的自准直点在垂直于系统光轴的方向上的位置以及使得所述初次探测光L1的会聚点始终位于所述反射器408的自准直面内。

另外，所述反射器408可以为一曲面反射镜或者一准直透镜和一平面反射镜的组合。如图1所示，所述反射器408为一曲面反射镜，通过采用所述第二位置调整单元8移动所述曲面反射镜，使得所述曲面反射镜偏离系统光轴3；如图4所示，所述反射器408为一准直透镜4081和一平面反射镜4082的组合，通过采用所述第二位置调整单元8移动所述准直透镜4081使其离轴，或者使得所述平面反射镜4082倾斜，进而来使得所述反射器408的自准直点偏离系统光轴3。需要说明的是，所述反射器408也可以为其它光学镜组。

并且，所述探测光测量单元5、所述参考光测量单元6、所述分光镜404和所述小孔光阑406位于待测光学元件2的同一侧，也就是说，所述光学系统透过率检测装置中的关键部件被集成在一起，集中设置在所述待测光学元件2的一侧，所述待测光学元件2的另一侧仅设置安装空间小的反射器408，使得所述光学系统透过率检测装置所需的安装空间大大减小，优化了探测布局，方便了光电一体化设计；另外，也能使得所述分光镜404透射的所述初次探测光能够多次经过所述待测光学元件2之后返回到所述分光镜404，经所述分光镜404再次反射后才被所述探测光测量单元5所检测，使得测量精度得到提高，降低各个部件的重装风险。并且，所述光学系统透过率检测装置还可包括承载单元，用于承载集成在一起的所述探测光测量单元5、所述参考光测量单元6、所述分光镜404和所述小孔光阑406。

下面结合上述所述光学系统透过率检测装置中的各个部件，对所述入射光进入所述光学系统透过率检测装置之后的具体路径进行说明。

当根据需要使得所述反射器408的自准直点偏离系统光轴3时，如图1所示，图1中还用虚线框将自准直点Z2所在的区域放大，自准直点Z2即图1中的系统光轴3下方的第一条虚线与自准直面Z1的交点。所述入射光在经过所述针孔挡板401、扩束组件402、孔径光阑403和分光镜404之后，经所述分光镜404透射形成所述初次探测光L1，所述初次探测光L1经所述第一会聚组件405的会聚后，穿过所述小孔光阑406的通光孔，并经过所述光束适配器407进行光束调试后，进入所述待测光学元件2并会聚于所述反射器408的自准直面Z1(即所述反射器408的反射面对应的自准直点所处的垂轴平面)，但是，由于所述反射器408的自准直点Z2偏离系统光轴3，使得所述初次探测光L1在自准直面Z1的会聚点与所述反射器408的自准直点Z2存在垂轴偏差dx；之后，所述初次探测光L1到达所述反射器408处发生初次反射，以形成初次反射探测光L3，所述初次反射探测光L3在所述自准直面Z1的会聚点相对所述系统光轴3偏离2dx；之后，所述初次反射探测光L3二次经过所述待测光学元件2和所述光束适配器407后会聚于所述小孔光阑406所处平面，但是无法穿过所述小孔光阑406的通光孔，而是通过所述小孔光阑406的反射板发生反射，以形成光阑反射探测光L4，所述光阑反射探测光L4三次经过光束适配器407和所述待测光学元件2后会聚与所述反射器408的自准直面Z1；之后，所述光阑反射探测光L4到达所述反射器408处发生再次反射，以形成再次反射探测光L5，所述再次反射探测光L5会聚于所述系统光轴3，并四次经过所述待测光学元件2和所述光束适配器407后再次会聚于所述小孔光阑406所处平面，此时，所述再次反射探测光L5可穿过所述小孔光阑406的通光孔，并经所述第一会聚组件405后到达所述分光镜404，进而被所述分光镜404再次反射，此时，所述再次反射探测光L5即为所述分光镜404再次反射的反射探测光；再次反射的反射探测光经过所述第二会聚组件501和第一消杂光阑502后被所述第一探测器503所检测。由上述内容可知，所述初次探测光L1、初次反射探测光L3、光阑反射探测光L4和再次反射探测光L5均经过了所述待测光学元件2，也就是说，在所述小孔光阑406和反射器408的配合下，所述分光镜404透射的探测光在四次经过所述待测光学元件2之后才返回到了所述分光镜404，进而被所述第一探测器503所检测，使得测量精度大大提高。

当根据需要使得所述反射器408的自准直点位于系统光轴3上时，可参阅图7，所述初次探测光L1穿过所述小孔光阑406的通光孔，并经所述光束适配器407和所述待测光学元件2后会聚于所述反射器408的自准直点2处；之后，所述初次探测光L1到达所述反射器408处并发生初次反射，以形成所述初次反射探测光L3，所述初次反射探测光L3沿着原路返回，再次会聚于所述反射器408的自准直点2处；之后，所述初次反射探测光L3二次经过所述待测光学元件2和所述光束适配器407后会聚于所述小孔光阑406所处平面，并穿过所述小孔光阑406的通光孔，经所述第一会聚组件405后到达所述分光镜404，进而被所述分光镜404再次反射，此时，所述初次反射探测光L3即为所述分光镜404再次反射的反射探测光；再次反射的反射探测光经过所述第二会聚组件501和第一消杂光阑502后被所述第一探测器503所检测。由上述内容可知，所述初次探测光L1和初次反射探测光L3均经过了所述待测光学元件2，也就是说，在所述反射器408的配合下，所述分光镜404透射的探测光在两次经过所述待测光学元件2之后返回到了所述分光镜404，进而被所述第一探测器503所检测，使得测量精度大大提高。

从上述的所述入射光进入所述光学系统透过率检测装置之后的路径可知，所述分光镜404透射的探测光多次经过了所述待测光学元件2之后才被所述探测光测量单元5所检测，使得与现有的透过率检测装置中探测光仅一次经过待测光学元件之后即被探测光测量单元(即探测光测量单元和参考光测量单元位于待测光学元件的两侧)所检测相比，本发明的所述光学系统透过率检测装置对透过率的测量精度得到明显提高，透过率的测量精度受到所述第一探测器503和所述第二探测器603的影响大大降低。

本发明一实施例提供了一种光学系统透过率检测方法，采用光学系统透过率检测装置对待测光学元件的透过率进行检测，所述光学系统透过率检测方法也可以采用本发明提供的所述光学系统透过率检测装置进行透过率的检测。可以参阅图1，所述光学系统透过率检测装置包括光路调整单元、探测光测量单元5和参考光测量单元6，所述光路调整单元包括分光镜404、小孔光阑406和反射器408，所述分光镜404、小孔光阑406和反射器408沿着入射光的方向依次设置，所述小孔光阑406具有通光孔和围绕所述通光孔的反射板，所述反射器408和所述小孔光阑406相配合用于根据需要对所述分光镜404透射的初次探测光L1进行反射，以形成反射探测光，所述探测光测量单元5、所述参考光测量单元6、所述分光镜404和所述小孔光阑406位于所述待测光学元件2的同一侧，所述反射器408和所述分光镜404位于所述待测光学元件2的不同侧；所述光学系统透过率检测方法包括：

光路校准步骤，在检测所述待测光学元件2的透过率之前，需要先对所述光学系统透过率检测装置进行光路校准，以使得检测结果准确。具体地，可参阅图6，先将所述待测光学元件2从测试光路中移除，然后调整所述反射器408的位置，以使得所述分光镜404透射的初次探测光的会聚点或反向追击点位于所述反射器408的自准直面，且所述反射器408的自准直点偏离系统光轴3，所述反射器408和小孔光阑406相配合对所述初次探测光进行反射形成反射探测光，通过所述探测光测量单元5测得所述反射探测光的初始光强，并通过所述参考光测量单元6测得所述分光镜404反射的参考光的初始光强，以备后续计算透过率使用。

透过率检测步骤，将所述待测光学元件2置于所述测试光路中，可以参阅图1，调整所述待测光学元件2和所述反射器408的位置，以使得所述反射器408的自准直点偏离系统光轴3，且所述初次探测光的会聚点位于所述反射器408的自准直面，通过调整所述待测光学元件2至不同的倾斜，使得所述探测光测量单元5测得所述反射探测光的光强，所述参考光测量单元6测得所述参考光的光强，以得到不同倾斜所对应的反射探测光光强和参考光光强，进而计算获得所述待测光学元件2的不同主光线入射角度下的透过率。

所述待测光学元件2的不同主光线入射角度下的透过率

其中，Et₀和Et_i分别为所述探测光测量单元5测得的所述反射探测光的初始光强和不同倾斜所对应的反射探测光光强，Er₀和Er_i分别为所述参考光测量单元6测得的所述参考光的初始光强和不同倾斜所对应的参考光光强，i为不同角度的测试光线(指一束光中主光线相对于待测光学元件的入射角)。

由于在透过率检测步骤中，所述反射器408的自准直点偏离系统光轴3，且所述探测光测量单元5、所述参考光测量单元6、所述分光镜404和所述小孔光阑406位于所述待测光学元件2的一侧，所述反射器408位于所述待测光学元件2的另一侧，使得在所述小孔光阑406和反射器408的配合下，所述分光镜404透射的初次探测光在四次经过所述待测光学元件2后才返回到了所述分光镜404，之后经所述分光镜404再次反射后被所述探测光测量单元5所检测，进而使得测量精度大大提高。

其中，透过率的测量精度受到所述探测光测量单元5和所述参考光测量单元6中的探测器的影响大大降低。具体地，本发明的光学系统透过率检测方法对透过率的测量误差ΔTi_1如下公式(1)所示，现有的光学系统透过率检测方法对透过率的测量误差ΔTi_2如下公式(2)所示，从如下公式可看出，本发明的光学系统透过率检测方法对透过率的测量误差ΔTi_1仅是现有的光学系统透过率检测方法对透过率的测量误差ΔTi_2的0.25倍，本发明的光学系统透过率检测方法对透过率的测量精度明显提高。

(1)

(2)

其中，

为一种误差评估方式；ΔEt₀和ΔEt_i分别为所述探测光测量单元5测得的所述初次探测光的初始光强误差和不同位置所对应的反射探测光的光强误差，ΔEr₀和ΔEr_i分别为所述参考光测量单元6测得的所述参考光的初始光强误差和不同位置所对应的参考光的光强误差。

另外，光学系统透过率检测方法还包括对所述待测光学元件2的透过率均匀性进行检测，此时，所述探测光测量单元5和所述参考光测量单元6中的探测器为面阵型能量探测，能够获得不同角度光线的能量。所述透过率均匀性的检测步骤包括：

首先，参阅图5，图5是本发明一实施例的光学系统透过率检测方法检测透过率均匀性时标定第一系统修订参数的示意图，从图5中可看出，先将所述待测光学元件2从测试光路中移除，然后调整所述反射器408的位置，以使得所述反射器408的自准直点与所述初次探测光的会聚点重合，此时，所述分光镜404透射的初次探测光经过所述反射器408的一次反射之后原路返回至所述分光镜404，再被所述探测光测量单元5所检测；通过所述探测光测量单元5测得所述反射探测光的第一位置光强分布Et_0(x,y)，并通过所述参考光测量单元6测得所述参考光的第一位置光强分布Er_0(x,y)，以计算获得第一系统修正参数S₀(x,y)＝Et_0(x,y)/Er_0(x,y)，其中，(x,y)为同一角度的测试光线j(指一束光中的不同发散角的光线)最终投影至所述待测光学元件2、探测光测量单元5和参考光测量单元6上的位置坐标，且主光线投影对应的位置定义为各自的坐标原点。

然后，参阅图6，图6是本发明一实施例的光学系统透过率检测方法检测透过率均匀性时标定第二系统修订参数的示意图，从图6中可看出，调整所述反射器408的垂轴位置，以使得所述反射器408的自准直点偏离所述系统光轴3，此时，所述分光镜404透射的初次探测光经过所述反射器408的两次反射以及所述小孔光阑406的一次反射之后返回至所述分光镜404，再被所述探测光测量单元5所检测；通过所述探测光测量单元5测得所述反射探测光的第二位置光强分布Et_1(x,y)，并通过所述参考光测量单元6测得所述参考光的第二位置光强分布Er_1(x,y)，以计算获得第二系统修正参数S₁(x,y)＝Et_1(-x,-y)/Er_1(x,y)；其中，与图5中的步骤相比，本步骤中的同一角度的测试光线j投影至所述探测光测量单元5上的位置坐标为(-x,-y)，因此，Et_1(-x,-y)与Et_1(x,y)对应同一角度的测试光线j。

接着，参阅图7，图7是本发明一实施例的光学系统透过率检测方法检测透过率均匀性时测试第三位置光强分布的示意图，从图7中可看出，将所述待测光学元件2置于所述测试光路中，调整所述待测光学元件2和所述反射器408的位置，以使得所述反射器408的自准直点Z2位于所述系统光轴3上，且所述初次探测光经过所述待测光学元件2之后的会聚点位于所述反射器408的自准直点Z2处，之后所述初次探测光经过所述反射器408的一次反射之后会原路返回至所述分光镜404，也就是说，所述分光镜404透射的探测光在两次经过所述待测光学元件2之后返回到了所述分光镜404，进而被所述探测光测量单元5所检测；通过所述探测光测量单元5测得所述反射探测光的第三位置光强分布Et_2(x,y)，所述参考光测量单元6测得所述参考光的第三位置光强分布Er_2(x,y)，以计算获得所述待测光学元件2的第一透过率

最后，如图1所示，调整所述反射器408的垂轴位置，以使得所述反射器408的自准直点偏离所述系统光轴3，此时，所述分光镜404透射的探测光在四次经过所述待测光学元件2之后返回到了所述分光镜404，进而被所述探测光测量单元5所检测；通过所述探测光测量单元5测得所述反射探测光的第四位置光强分布Et_3(x,y)，所述参考光测量单元6测得所述参考光的第四位置光强分布Er_3(x,y)，以计算获得所述待测光学元件2的第二透过率

进而计算获得所述待测光学元件2的透过率均匀性

并且，通过对所述透过率均匀性T(x,y)进行积分，以获得所述待测光学元件2的整体透过率。

另外，可以采用第一位置调整单元7对所述待测光学元件2进行位置调整，采用第二位置调整单元8对所述反射器408进行位置调整。

本发明一实施例提供了一种光学系统反射率检测方法，采用光学系统透过率检测装置对待测光学元件的反射率进行检测，所述光学系统反射率检测方法也可以采用本发明提供的所述光学系统透过率检测装置进行反射率的检测。参阅图8，图8是本发明一实施例的光学系统反射率检测方法检测反射率的示意图，从图8中可看出，所述光学系统透过率检测装置包括光路调整单元、探测光测量单元5和参考光测量单元6，所述光路调整单元包括分光镜404、小孔光阑406和反射器408，所述分光镜404、小孔光阑406和反射器408沿着入射光的方向依次设置，所述小孔光阑406具有通光孔和围绕所述通光孔的反射板，所述反射器408和所述小孔光阑406相配合用于对所述分光镜404透射的初次探测光进行三次反射，以形成反射探测光，所述探测光测量单元5、所述参考光测量单元6、所述小孔光阑406和所述分光镜404位于所述待测光学元件2的同一侧，所述反射器408和所述分光镜404位于所述待测光学元件2的不同侧；所述反射器408的反射率已知，即所述反射器408为标准件。所述光学系统反射率检测方法包括：

光路校准步骤，可参阅图6，先将所述待测光学元件2从测试光路中移除，然后调整所述反射器408的位置，以使得所述分光镜404透射的初次探测光的会聚点或反向追击点位于所述反射器408的自准直面，且所述反射器408的自准直点偏离系统光轴3，此时，所述分光镜404透射的初次探测光经过所述反射器408的两次反射以及所述小孔光阑406的一次反射之后形成反射探测光，所述反射探测光返回至所述分光镜404之后再被所述探测光测量单元5所检测；通过所述探测光测量单元5测得所述反射探测光的初始光强Et₀₀，并通过所述参考光测量单元6测得所述分光镜404反射的参考光的初始光强Er₀₀。

反射率检测步骤，如图8所示，先将所述反射器408从所述测试光路中移除，再将所述待测光学元件2置于所述测试光路中，并调整所述待测光学元件2的位置，以使得所述待测光学元件2的自准直点与所述光路校准步骤中的所述反射器408的自准直点的位置相同，此时，所述分光镜404透射的初次探测光经过所述待测光学元件2的两次反射以及所述小孔光阑406的一次反射之后返回至所述分光镜404，再被所述探测光测量单元5所检测；通过所述探测光测量单元5测得所述反射探测光的光强，所述参考光测量单元6测得所述参考光的光强，以得到反射探测光光强Et_ii和参考光光强Er_ii，进而计算获得所述待测光学元件2的不同主光线入射角度下的反射率

其中，Rr为所述反射器408的已知反射率，ii为不同角度的测试光线(指一束光中主光线相对于待测光学元件的入射角)。

另外，可以采用第一位置调整单元7对所述待测光学元件2进行位置调整，采用第二位置调整单元8对所述反射器408进行位置调整。

从上述光学系统反射率的检测步骤可知，由于在所述反射器408和所述小孔光阑406的配合下，所述分光镜404透射的初次探测光经过三次反射之后才返回至所述分光镜404，然后再被所述探测光测量单元5所检测，使得反射率的检测精度得到大大提高。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (16)

1.一种光学系统透过率检测装置，其特征在于，包括：

光路调整单元，包括分光镜、小孔光阑和反射器，所述分光镜、小孔光阑和反射器沿着入射光的方向依次设置，所述分光镜用于将所述入射光分为透射的初次探测光和反射的参考光，所述小孔光阑具有通光孔和围绕所述通光孔的反射板，所述反射器和所述小孔光阑相配合用于对所述初次探测光进行反射，以形成反射探测光，且所述反射探测光能到达所述分光镜，进而被所述分光镜再次反射，其中，所述反射器的自准直点偏离系统光轴；

探测光测量单元，用于对所述分光镜再次反射的所述反射探测光进行检测；以及，

参考光测量单元，用于对所述分光镜反射的所述参考光进行检测；

所述探测光测量单元、所述参考光测量单元、所述分光镜和所述小孔光阑位于待测光学元件的同一侧。

2.如权利要求1所述的光学系统透过率检测装置，其特征在于，所述初次探测光穿过所述小孔光阑的通光孔到达所述反射器处并发生初次反射，初次反射后的探测光再经所述小孔光阑的反射板发生二次反射，二次反射后的探测光再次到达所述反射器处发生三次反射，以形成所述反射探测光，所述反射探测光再次穿过所述小孔光阑的通光孔后到达所述分光镜，进而被所述分光镜再次反射；其中，所述初次探测光以及对所述初次探测光进行初次反射、二次反射和三次反射后形成的探测光均会聚于所述反射器的自准直面。

3.如权利要求1所述的光学系统透过率检测装置，其特征在于，所述探测光测量单元包括第二会聚组件、第一消杂光阑和第一探测器，所述第二会聚组件用于将所述分光镜反射的所述反射探测光会聚于所述第一消杂光阑上，所述反射探测光经所述第一消杂光阑消除杂散光后被所述第一探测器所检测。

4.如权利要求1所述的光学系统透过率检测装置，其特征在于，所述参考光测量单元包括第三会聚组件、第二消杂光阑和第二探测器，所述第三会聚组件用于将所述分光镜反射的所述参考光会聚于所述第二消杂光阑上，所述参考光经所述第二消杂光阑消除杂散光后被所述第二探测器所检测。

5.如权利要求1所述的光学系统透过率检测装置，其特征在于，所述光学系统透过率检测装置还包括第一位置调整单元，用于调整所述待测光学元件在系统光轴的方向上和垂直于所述系统光轴的方向上的位置，以及调整所述待测光学元件与所述系统光轴之间的夹角。

6.如权利要求1所述的光学系统透过率检测装置，其特征在于，所述光学系统透过率检测装置还包括第二位置调整单元，用于移动所述反射器，以控制所述反射器的位置。

7.如权利要求1所述的光学系统透过率检测装置，其特征在于，所述反射器为一曲面反射镜。

8.如权利要求1所述的光学系统透过率检测装置，其特征在于，所述反射器为一准直透镜和一平面反射镜的组合。

9.如权利要求1所述的光学系统透过率检测装置，其特征在于，所述光路调整单元还包括：设置于所述分光镜的背向所述小孔光阑一侧的针孔挡板，所述针孔挡板具有针孔，并用于减小到达所述反射器上的所述初次探测光的光斑。

10.如权利要求9所述的光学系统透过率检测装置，其特征在于，所述光路调整单元还包括：设置于所述针孔挡板和所述分光镜之间的扩束组件，所述扩束组件用于对所述入射光进行扩束。

11.如权利要求10所述的光学系统透过率检测装置，其特征在于，所述光路调整单元还包括：设置于所述扩束组件和所述分光镜之间的孔径光阑，所述孔径光阑用于调节经所述扩束组件扩束后的所述入射光的束宽。

12.如权利要求11所述的光学系统透过率检测装置，其特征在于，所述光路调整单元还包括：设置于所述分光镜和所述小孔光阑之间的第一会聚组件，所述第一会聚组件用于会聚所述分光镜透射的所述初次探测光，以使得会聚后的所述初次探测光的发散角小于所述待测光学元件的数值孔径角。

13.如权利要求12所述的光学系统透过率检测装置，其特征在于，所述光路调整单元还包括光束适配器，设置于所述小孔光阑和所述反射器之间，所述光束适配器用于调制所述初次探测光进入所述待测光学元件时的孔径角及入射位置。

14.一种光学系统透过率检测方法，其特征在于，采用如权利要求1～13中任一项所述的光学系统透过率检测装置对待测光学元件的透过率进行检测，所述光学系统透过率检测方法包括：

光路校准步骤，先将所述待测光学元件从测试光路中移除，然后调整反射器的位置，以使得分光镜透射的初次探测光的会聚点或反向追击点位于所述反射器的自准直面，且所述反射器的自准直点偏离系统光轴，所述反射器和小孔光阑相配合对所述初次探测光进行反射形成反射探测光，通过探测光测量单元测得所述反射探测光的初始光强，并通过参考光测量单元测得所述分光镜反射的参考光的初始光强；以及，

透过率检测步骤，将所述待测光学元件置于所述测试光路中，并调整所述待测光学元件和所述反射器的位置，以使得所述反射器的自准直点偏离系统光轴，且所述初次探测光的会聚点位于所述反射器的自准直面，通过调整所述待测光学元件至不同的倾斜，使得所述探测光测量单元测得所述反射探测光的光强，所述参考光测量单元测得所述参考光的光强，以得到不同倾斜所对应的反射探测光光强和参考光光强，进而计算获得所述待测光学元件的不同主光线入射角度下的透过率。

15.如权利要求14所述的光学系统透过率检测方法，其特征在于，还包括对所述待测光学元件的透过率均匀性进行检测，其步骤包括：

先将所述待测光学元件从测试光路中移除，然后调整所述反射器的位置，以使得所述反射器的自准直点与所述初次探测光的会聚点重合，通过所述探测光测量单元测得所述反射探测光的第一位置光强，并通过所述参考光测量单元测得所述参考光的第一位置光强，以计算获得第一系统修正参数；

调整所述反射器的垂轴位置，以使得所述反射器的自准直点偏离所述系统光轴，通过所述探测光测量单元测得所述反射探测光的第二位置光强，并通过所述参考光测量单元测得所述参考光的第二位置光强，以计算获得第二系统修正参数；

将所述待测光学元件置于所述测试光路中，调整所述待测光学元件和所述反射器的位置，以使得所述反射器的自准直点位于所述系统光轴上，且所述初次探测光的会聚点位于所述反射器的自准直点处，通过所述探测光测量单元测得所述反射探测光的第三位置光强，所述参考光测量单元测得所述参考光的第三位置光强，以计算获得所述待测光学元件的第一透过率；以及，

调整所述反射器的垂轴位置，以使得所述反射器的自准直点偏离所述系统光轴，通过所述探测光测量单元测得所述反射探测光的第四位置光强，所述参考光测量单元测得所述参考光的第四位置光强，以计算获得所述待测光学元件的第二透过率，进而计算获得所述待测光学元件的透过率均匀性。

16.一种光学系统反射率检测方法，其特征在于，采用如权利要求1～13中任一项所述的光学系统透过率检测装置对待测光学元件的反射率进行检测，所述反射器的反射率已知；所述光学系统反射率检测方法包括：

光路校准步骤，先将所述待测光学元件从测试光路中移除，然后调整反射器的位置，以使得分光镜透射的初次探测光的会聚点或反向追击点位于所述反射器的自准直面，且所述反射器的自准直点偏离系统光轴，所述反射器和小孔光阑相配合对所述初次探测光进行反射形成反射探测光，通过所述探测光测量单元测得所述反射探测光的初始光强，并通过所述参考光测量单元测得所述分光镜反射的参考光的初始光强；以及，

反射率检测步骤，先将所述反射器从所述测试光路中移除，再将所述待测光学元件置于所述测试光路中，并调整所述待测光学元件的位置，以使得所述待测光学元件的自准直点与所述光路校准步骤中的所述反射器的自准直点的位置相同，通过所述探测光测量单元测得所述反射探测光的光强，所述参考光测量单元测得所述参考光的光强，以得到反射探测光光强和参考光光强，进而计算获得所述待测光学元件的不同主光线入射角度下的反射率。

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