[发明专利]大口径光学系统近场检测装置及其测量方法

权利要求书

1.一种大口径光学系统近场检测装置，由准直镜、微透镜阵列和探测器组成夏克哈特曼波前测量装置，其特征在于，在被测量目标的前方放置有点光源阵列作为测量信标，在被测目标的焦点前放置有分光镜和定标点光源，焦点后依次放置有准直镜、微透镜阵列和探测器；由点光源阵列、测量目标、分光镜和定标点光源组成系统自检光路；由点光源阵列、测量目标、分光镜、准直镜、微透镜阵列和探测器组成测量光路；

所述的点光源阵列为方形或圆形排列，开设有中孔或者不设中孔；

所述点光源阵列的点光源间隙内放置有平面反射镜；该反射镜用于反射定标点光源的入射光线，实现点光源阵列与测量目标之间空间位置的对准；

所述的点光源采用光纤；点光源的间隔、数量由点光源数值孔径、点光源阵列与测量目标的间隔以及测量目标的有效口径决定；

其中点光源阵列作为测量信标；点光源数量N根据公式1决定：

（1）

式中，D为测量目标入瞳直径，L为点光源距离测量目标入瞳的距离，θ为点光源数值孔径；

公式1得到的是不开中孔条件下，点光源阵列方形排布所需的点光源数量；当点光源圆形排列或者开中孔条件下，根据需要减少点光源数量。

2.根据权利要求1所述的大口径光学系统近场检测装置，其特征在于，所述分光镜用于将自检光路和哈特曼测量光轴重合到一起；所述定标点光源用于产生系统自检光束信号；所述准直镜用于将被测目标形成的汇聚光束准直成平行光，其焦点与被测目标焦点重合，与定标点光源共轭；所述微透镜阵列放置在准直镜出瞳位置，为方形或者圆形排列，用于将经过准直镜形成的平行光束分割成多个子孔径，子孔径内的光束分别汇聚到对应微透镜的焦平面上，入射光斜率的变化将会造成像斑位置的变化；所述探测器用于捕捉微透镜阵列汇聚的光信号，其光敏面与微透镜阵列的焦平面重合。

3.权利要求1所述的大口径光学系统近场检测装置的测量方法，其特征在于，步骤如下：

1）所述定标点光源发出孔径光束经过分光镜至被测目标，经被测目标反射至点光源阵列平面；

2）点光源阵列平面上安装的平面反射镜将光线反射，照射到被测目标；

3）被测目标反射回来的光束经分光镜透射，进入准直镜成为平行光束；

4）平行光束经过微透镜阵列聚焦在探测器光敏面上，由探测器进行图像采集；

5）对采集到的像斑图像进行计算，给出点光源阵列相对于被测目标光轴的位置关系；

6）调整点光源阵列的位置，使其满足测量要求；

7）关闭定标点光源，打开点光源阵列光源；

8）点光源阵列发出的孔径光束经过被测目标反射、分光镜透射、准直镜准直成为平行光；

9）平行光束经过微透镜阵列聚焦在探测器光敏面上，由探测器进行图像采集；

10）对采集到的像斑图像进行计算，给出测量目标波前误差；

11）结果输出。

4.根据权利要求3所述的大口径光学系统近场检测装置的测量方法，其特征在于，所述步骤10）的具体计算方法是：建立入瞳上不同位置入射光线的像差方程，通过解方程组得到点光源阵列与被测光学系统或者零件像差的相关特性，通过迭代计算消除系统误差，实现了非理想像点的高精度波前测量。