CN202836771U

CN202836771U - 动态波前测试装置

Info

Publication number: CN202836771U
Application number: CN 201220464492
Authority: CN
Inventors: 段亚轩; 陈永权; 赵建科; 徐亮; 李坤; 田留德
Original assignee: XiAn Institute of Optics and Precision Mechanics of CAS
Current assignee: XiAn Institute of Optics and Precision Mechanics of CAS
Priority date: 2012-09-12
Filing date: 2012-09-12
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2022-09-12

Abstract

本实用新型涉及一种动态波前测试装置，包括主动光源、被动光源、分光镜、校准镜、标准镜头、微透镜阵列以及CCD探测器；分光镜设置在主动光源以及被动光源的入射光路上；分光镜将主动光源的入射光分为主动反射光及主动透射光；分光镜将被动光源的入射光分为被动透射光以及被动反射光；校准镜和标准镜头设置在分光镜与待测光学元件之间的光路上；微透镜阵列设置在被动透射光的光路上；CCD探测器设置在经微透镜阵列后的出射光的光路上。本实用新型提出了不受外界环境影响、能够保证测试精度的动态波前测试装置。

Description

动态波前测试装置

技术领域

本实用新型属于光学测试技术领域，涉及一种动态波前测试装置，尤其涉及一种可动态主动式以及被动式测试光学元件面形或光学系统波像差的动态波前测试装置。

背景技术

随着我国空间科学技术的发展和神光Ⅲ主机装置的建设，大口径、长焦距的各类光学元件和光学系统使用日渐增多。由于受空气气流扰动和振动的影响，压电陶瓷驱动的静态相移式干涉仪无法对长焦系统的面形和波像差进行实时动态测量。目前国内对大口径光学元件面形和光学系统波像差的测量主要依赖于国外研制的动态相移干涉仪，以美国4D公司研制的动态干涉仪和ESDI公司研制的动态干涉仪为代表。4D公司研制的动态相移干涉仪采用Twyman-Green型，基于像素相位模板实现四步相移，但单一CCD接收4幅干涉图，分辨率降低了1/2，并通过邻近像素点近似，测试精度有限，且价格昂贵，成本高，经济性差。ESDI公司研制的动态相移干涉仪采用Fizeau型，基于偏振光实现相移，然后利用三个CCD分别采集相移的干涉图像，合成计算，精度可以得到保证，但由于测试光束与参考光束共光路，实现偏振干涉比较困难，其对三个CCD的响应一致性要求比较高，且计算速度慢，外形体积较大，测试效率不高，并且价格昂贵，经济性差。此外，这两种动态干涉仪的工作波段都是632.8nm。对于特定波段工作的光学系统，如神光Ⅲ主机装置的工作波段为1053nm、351nm，采用一般的干涉仪就不能对其光学系统进行评价。对于宽波段大口径、长焦距望远系统，由于色差等影响，采用单波长对相机进行评价，并不能真实反映镜头实际使用时的工作波前。采用传统干涉仪都无法实现外置光源的光学波前测试和白光波前测试。

实用新型内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本实用新型提出了一种可实现对光学元件面形或光学系统波像差动态主动式测试或者利用外置激光光源和白光光源实现对光学系统波像差动态被动式测试、不受外界环境影响、能够保证测试精度的动态波前测试装置。

本实用新型的技术解决方案是：本实用新型提供了一种动态波前测试装置，其特殊之处在于：所述动态波前测试装置包括主动光源、被动光源、分光镜、校准镜、标准镜头、微透镜阵列、CCD探测器以及计算机；所述分光镜设置在主动光源以及被动光源的入射光路上；所述分光镜将主动光源的入射光分为主动反射光及主动透射光；所述分光镜将被动光源的入射光分为被动透射光以及被动反射光；待测光学元件设置在主动反射光的光路上或者设置在被动光源的出射光路上；所述校准镜和标准镜头设置在分光镜与待测光学元件之间的光路上；所述微透镜阵列设置在被动透射光的光路上，或者设置在主动反射光经标准镜头透射和待测光学元件发射后再经标准镜头入射至分束镜后所形成的透射光的光路上；所述CCD探测器设置在经微透镜阵列后的出射光的光路上；所述计算机与CCD探测器电性相连。

上述主动光源包括激光器以及扩束镜；所述扩束镜以及分光镜依次设置在激光器的出射光路上。

上述待测光学元件是光学球面镜、光学非球面镜或光学系统。

上述待测光学元件是光学非球面镜时，所述动态波前测试装置还包括辅助镜；辅助镜设置在标准镜头和待测光学非球面镜之间的光路上。

上述待测光学元件是光学系统时，所述动态波前测试装置还包括辅助标准平面镜；所述辅助标准平面镜设置在主动反射光经标准镜头和待测光学系统透射后的出射光路上。

上述被动光源包括光源以及设置在光源出射光路上的离轴折返式平行光管；所述光源经离轴折返式平行光管后入射至待测光学系统上。

上述离轴折返式平行光管包括平面镜以及离轴抛物面镜；所述光源依次经过平面镜以及离轴抛物面镜后入射至待测光学系统。

上述离轴折返式平行光管的口径大于待测光学系统的口径。

上述光源是不同波段激光光源或白光光源。

本实用新型的优点是：

本实用新型利用激光器、扩束镜、分光镜、校准镜、标准镜头、微透镜阵列、CCD探测器和计算机，实现对光学元件面形和光学系统波像差的主动式光学测试；利用外置标准光源实现对待测光学系统波像差的被动式光学测试。采用该装置，可实现多个工作波段的波前测试，并可实现白光波前测试。采用该装置，可实现不同口径的光学元件面形和光学系统波像差的测试，测量范围大。采用该装置，可实现动态光学元件面形和光学系统波像差的测试，不受外界环境（空气扰动、振动等）的影响；采用该装置，人工环节少，无人为主观误差，测量效率高；采用该装置，稳定性高、重复性好，测量结果置信度高；采用该装置，经济性好，精度高，更适合于光学车间装调、检验。

附图说明

图1是本实用新型所提供的动态波前测试装置的结构示意图；

其中：

1-激光器、2-扩束镜、3-分光镜、4-微透镜阵列、5-CCD探测器、6-计算机、7-校准镜、8-标准镜头、9-待测光学球面镜、10-待测光学非球面镜、11-辅助镜、12-待测光学系统、13-辅助平面镜、14-离轴折返式平行光管、15-离轴抛物面镜、16-平面镜、17-光源。

具体实施方式

本实用新型提供了一种动态波前测试装置，该动态波前测试装置包括主动光源、被动光源、分光镜、校准镜、标准镜头、微透镜阵列、CCD探测器以及计算机；分光镜设置在主动光源以及被动光源的入射光路上；分光镜将主动光源的入射光分为主动反射光及主动透射光；分光镜将被动光源的入射光分为被动透射光以及被动反射光；待测光学元件设置在主动反射光的光路上或者设置在被动光源的出射光路上；校准镜和标准镜头设置在分光镜与待测光学元件之间的光路上；微透镜阵列设置在被动透射光的光路上或者设置在主动反射光经标准镜头透射和待测光学元件发射后，再经标准镜头入射至分束镜后所形成的透射光的光路上；CCD探测器设置在经微透镜阵列后的出射光的光路上；计算机与CCD探测器电性相连。

主动光源包括激光器以及扩束镜；扩束镜以及分光镜依次设置在激光器的出射光路上。

待测光学元件是光学球面镜或光学非球面镜或者是光学系统。当待测光学元件是光学非球面镜时，动态波前测试装置还包括辅助镜；辅助镜设置在标准镜头和待测光学非球面镜之间的光路上。当待测光学元件是光学系统时，动态波前测试装置还包括辅助标准平面镜；辅助标准平面镜设置在主动反射光经标准镜头和待测光学系统透射后的出射光路上。

被动光源包括光源以及设置在光源出射光路上的离轴折返式平行光管；光源经离轴折返式平行光管后入射至待测光学系统上。

离轴折返式平行光管包括平面镜以及离轴抛物面镜；光源依次经过平面镜以及离轴抛物面镜后入射至待测光学系统上。

离轴折返式平行光管的口径大于待测光学系统的口径。

光源是不同波段激光光源或白光光源。

如图1所示，本实用新型包括激光器1、扩束镜2、分光镜3、微透镜阵列4、CCD探测器5、计算机6、校准镜7、标准镜头8、待测光学球面镜9、待测光学非球面镜10、辅助镜11、待测光学系统12、辅助平面镜13、离轴折返式平行光管14组成。离轴折返式平行光管14由离轴抛物面镜15，平面镜16和光源17组成。

图中黑实线为固定装置，虚线为可更换装置。激光器1要求功率短期内稳定，波长可根据实际需求定制；选择口径大于待测光学系统12口径的离轴折返式平行光管14；光源17可以选择不同波段激光光源和白光光源。

本实用新型在具体工作时，其工作方式是：

（1）主动式光学测试

将校准镜7置入测试光路中，激光器1输出准直光束，经扩束镜2扩束，然后被分光镜3，一部分透射，一部分反射，反射的准直激光通过校准镜7反射，再经分光镜3透射，入射到微透镜阵列4上，在CCD探测器5焦平面上得到许多子孔径的光斑图象。利用计算机6计算每个子孔径内的畸变波前相比参考波前的光斑质心偏移，并计算被微透镜阵列分割的子孔径范围内波前的平均斜率，继而根据shouthwell模型求得畸变波前，其为系统本底W系统本底。

取出校准镜7，将标准镜头8和待测光学球面镜9置入测试光路中，保证标准镜头8的焦点和被测球面镜9的球心重合。激光器1输出准直光束，经扩束镜2扩束，然后被分光镜3一部分透射，一部分反射，反射的准直激光通过标准镜头8聚焦至待测光学球面镜9的球心处，然后通过待测光学球面镜9反射，再通过标准镜头8准直为平行光，经分光镜3透射，通过微透镜阵列4，由CCD探测器5和计算机6采集计算得到已扣除系统本底的测试波前为W_测量，则待测球面镜面形为：

将待测光学非球面镜10和辅助镜11置入测试光路中。激光器1输出准直光束，经扩束镜2扩束，然后被分光镜3一部分透射，一部分反射，反射的准直激光通过标准镜头8和辅助镜11，沿法线方向入射至待测光学非球面镜10上，并按原路返回，通过辅助镜11，由标准镜头8准直为平行光，经分光镜3透射，通过微透镜阵列4，由CCD探测器5和计算机6采集计算得到已扣除系统本底的测试波前为W_测量，则待测非球面镜面形为：

将待测光学系统12和辅助标准平面镜13置入测试光路中，更换标准镜头8，标准镜头F#小于待测光学系统F#。激光器1输出准直光束，经扩束镜2扩束，然后被分光镜3，一部分透射，一部分反射，反射的准直激光通过标准镜头8聚焦至待测光学系统12的焦点处，通过待测光学系统12准直为平行光，经辅助标准平面镜13反射，再通过待测光学系统12，标准镜头8，分光镜3，微透镜阵列4，由CCD探测器5和计算机6采集计算得到已扣除系统本底的测试波前为W_测量，则待测光学系统波像差为：

（2）被动式光学测试

关闭激光器1，打开光源17，其输出光束经平面镜16反射，再由离轴抛物面镜15准直为平行光，经分光镜3透射，通过微透镜阵列4，由CCD探测器5和计算机6采集得到本底测试波前W_本底。

将标准镜头8和待测光学系统12置入测试光路中，标准镜头F#小于待测光学系统F#。离轴折反式平行光管12输出平行光经待测光学系统12聚焦其焦点处，保证待测光学系统12的焦点与标准镜头8的焦点重合，聚焦光束通过标准镜头8准直为平行光，经分光镜3透射，通过微透镜阵列4，由CCD探测器5和计算机6采集计算得到已扣除本底的测试波前为W_测量，则光学系统波像差为：

W_光学系统=W_测量（4）。

Claims

1.一种动态波前测试装置，其特征在于：所述动态波前测试装置包括主动光源、被动光源、分光镜、校准镜、标准镜头、微透镜阵列、CCD探测器以及计算机；所述分光镜设置在主动光源以及被动光源的入射光路上；所述分光镜将主动光源的入射光分为主动反射光及主动透射光；所述分光镜将被动光源的入射光分为被动透射光以及被动反射光；待测光学元件设置在主动反射光的光路上或者设置在被动光源的出射光路上；所述校准镜和标准镜头设置在分光镜与待测光学元件之间的光路上；所述微透镜阵列设置在被动透射光的光路上，或者设置在主动反射光经标准镜头透射和待测光学元件发射后再经标准镜头入射至分束镜后所形成的透射光的光路上；所述CCD探测器设置在经微透镜阵列后的出射光的光路上；所述计算机与CCD探测器电性相连。

2.根据权利要求1所述的动态波前测试装置，其特征在于：所述主动光源包括激光器以及扩束镜；所述扩束镜以及分光镜依次设置在激光器的出射光路上。

3.根据权利要求2所述的动态波前测试装置，其特征在于：所述待测光学元件是光学球面镜、光学非球面镜或光学系统。

4.根据权利要求3所述的动态波前测试装置，其特征在于：所述待测光学元件是光学非球面镜时，所述动态波前测试装置还包括辅助镜；所述辅助镜设置在标准镜头和待测光学非球面镜之间的光路上。

5.根据权利要求3所述的动态波前测试装置，其特征在于：所述待测光学元件是光学系统时，所述动态波前测试装置还包括辅助标准平面镜；所述辅助标准平面镜设置在主动反射光经待测光学系统后的出射光路上。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的动态波前测试装置，其特征在于：所述被动光源包括光源以及设置在光源出射光路上的离轴折返式平行光管；所述光源经离轴折返式平行光管后入射至待测光学系统上。

7.根据权利要求6所述的动态波前测试装置，其特征在于：所述离轴折返式平行光管包括平面镜以及离轴抛物面镜；所述光源依次经过平面镜以及离轴抛物面镜后入射至待测光学系统上。

8.根据权利要求7所述的动态波前测试装置，其特征在于：所述离轴折返式平行光管的口径大于待测光学系统的口径。

9.根据权利要求6所述的动态波前测试装置，其特征在于：所述光源是不同波段激光光源或白光光源。