[发明专利]一种基于成像共轭的光瞳在线测量装置及校准方法

说明书

本发明提供了一种基于成像共轭的光瞳在线测量装置及校准方法，该方案包括有辅助校准楔镜、辅助校准光阑、分光镜、共轭成像镜头、CCD相机、电控平移台；装置在校准状态下，辅助校准楔镜、辅助校准光阑依次放入激光束中继光路中；分光镜放置于光瞳测量位置后；共轭成像镜头、CCD相机依次放置于分光镜后的光路；CCD相机固定于电控平移台上；装置在测试状态下，移除光路中的辅助校准楔镜和辅助校准光阑。该方案利用电控平移台改变CCD相机与共轭成像镜头目镜的距离S，实现对不同位置激光束光瞳的在线高精度扫描测量。

技术领域

本发明涉及的是光束参数测量技术领域，尤其是一种基于成像共轭的光瞳在线测量装置及校准方法。

背景技术

激光应用领域中，激光束传输过程的全程监测与控制对保证激光系统实现相应功能至关重要。激光束在线监测内容涵盖光轴、光瞳、能量、重频、功率等多个方面，对光瞳的测量可确定激光束传输至某一位置处的光束截面位置。在工业生产涉及高功率激光的应用领域中，激光束光瞳位置的偏离，可导致激光束传输至中继光学元件时由“切边”引起的光学、机械件损伤，增大复杂光学系统的像差。为防止传输过程光能损失、充分保证激光束光束质量和系统安全性，需精确掌握激光束传输全过程的参数，在线高精度测量光瞳位置信息对激光束传输的监测和控制具有重要意义。

已有专利“一种基于子孔径分割的光路耦合对准装置及对准方法”(授权公告号：CN 102768411 B)针对两个及两个以上光学平台间的光路耦合，巧妙利用原有功能系统中多子孔径的附带有光瞳、光轴信息的特点，提出采用基于子孔径分割的光路耦合对准装置及对准方法。该发明采用缩束系统实现光束口径变换，用于匹配微透镜阵列和CCD探测器的尺寸，缩束后的光束经过微透镜阵列成像于CCD探测器，即光瞳测量位置为微透镜阵列位置。该发明的缺点是仅能测量微透镜阵列位置的光瞳信息，不能在线实现其他位置的多点测量。且该发明侧重于解决波前探测过程中光瞳、光轴的控制，其中涉及到的光瞳测量功能单一、适应性较差。

发明内容

本发明的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种基于成像共轭的光瞳在线测量装置及校准方法，该方案光学系统成像共轭的原理，采用辅助校准楔镜偏转激光束光轴、辅助校准光阑限定激光束光瞳测量位置的校准方法，测得光瞳位置与CCD相机成像位置的共轭关系。利用电控平移台改变CCD相机与共轭成像镜头目镜的距离S，实现对不同位置激光束光瞳的在线高精度扫描测量。

本方案是通过如下技术措施来实现的：

一种基于成像共轭的光瞳在线测量装置，包括有辅助校准楔镜、辅助校准光阑、分光镜、共轭成像镜头、CCD相机、电控平移台；装置在校准状态下，辅助校准楔镜、辅助校准光阑依次放入激光束中继光路中；分光镜放置于光瞳测量位置后；共轭成像镜头、CCD相机依次放置于分光镜后的光路；CCD相机固定于电控平移台上；装置在测试状态下，移除光路中的辅助校准楔镜和辅助校准光阑。

作为本方案的优选：辅助校准楔镜具备光路偏转的功能，其楔角、材料、厚度等参数需与后续光路综合设计，满足大角度光路偏转的同时，还保持校准过程中辅助校准光阑的像位于CCD相机感光区域内。

作为本方案的优选：辅助校准光阑具备光束遮拦的功能，通光尺寸小于实际被测量光束的光斑尺寸。

作为本方案的优选：分光镜正常中继光路的同时，透射部分激光束至后续共轭成像镜头。

作为本方案的优选：共轭成像镜头包括沿光路传输方向依次放置的物镜、场镜、目镜，使激光束光瞳测量位置与CCD相机感光面位置满足成像共轭关系。

作为本方案的优选：电控平移台位于CCD相机下方，作为CCD相机的支撑件，能够带动CCD相机沿光路传输方向前后移动。

一种基于成像共轭的光瞳在线测量装置的校准方法，包括有以下步骤：