一種用于小型離軸光學(xué)系統(tǒng)的mtf測(cè)試裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光學(xué)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于小型離軸光學(xué)系統(tǒng)的MTF測(cè)試 裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著注塑、車削等加工工藝不斷進(jìn)步，復(fù)雜自由曲面棱鏡結(jié)構(gòu)被越來(lái)越廣泛的應(yīng) 用在光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，這種結(jié)構(gòu)常常是離軸非對(duì)稱式的。而常見(jiàn)的MTF測(cè)試設(shè)備的機(jī)械調(diào) 整結(jié)構(gòu)都是針對(duì)同軸對(duì)稱光學(xué)系統(tǒng)，平行光管、待測(cè)鏡頭以及探測(cè)系統(tǒng)在同一光軸上，用來(lái) 進(jìn)行視場(chǎng)角測(cè)量的調(diào)整裝置也只能在一維方向上小角度調(diào)整，無(wú)法直接進(jìn)行入射光軸和出 射光軸有大角度夾角的離軸光學(xué)系統(tǒng)測(cè)量；并且不同視場(chǎng)角MTF測(cè)量也主要是針對(duì)一維方 向視場(chǎng)可以代表整個(gè)像面的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱光學(xué)系統(tǒng)，無(wú)法對(duì)非對(duì)稱系統(tǒng)的每一個(gè)視場(chǎng)點(diǎn)進(jìn)行采 樣。若要采用現(xiàn)有的MTF測(cè)試設(shè)備完成離軸非對(duì)稱自由曲面棱鏡測(cè)量，需要構(gòu)建可以進(jìn)行 兩維方向旋轉(zhuǎn)的機(jī)械調(diào)整機(jī)構(gòu)，該調(diào)整機(jī)構(gòu)由于在完成二維方向旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，還需要承載 待測(cè)光學(xué)系統(tǒng)和MTF探測(cè)系統(tǒng)，以及MTF探測(cè)系統(tǒng)自身的機(jī)械調(diào)整架，所以體積大，結(jié)構(gòu)復(fù) 雜，費(fèi)用也比較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 有鑒于此，本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提出一種用于小型離軸光學(xué)系統(tǒng) 的MTF測(cè)試裝置及方法，利用本發(fā)明可以使得測(cè)試調(diào)整機(jī)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，便于操作，并且將平 面反射鏡與待測(cè)光學(xué)系統(tǒng)形成一個(gè)測(cè)試模塊，特別便于開(kāi)展一系列光學(xué)性能模塊化測(cè)試， 簡(jiǎn)化操作流程，提高測(cè)試效率。
[0004] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0005] -種用于小型離軸光學(xué)系統(tǒng)的MTF測(cè)試裝置，主要由平行光管、MTF探測(cè)系統(tǒng)、 平面反射鏡及二維旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)構(gòu)成；其中二維旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與平面反射鏡剛性連接；平行光管和 MTF探測(cè)系統(tǒng)位于同一光軸上，平面反射鏡位于二者之間。
[0006] 本發(fā)明平面反射鏡的直徑應(yīng)滿足在旋轉(zhuǎn)時(shí)不遮擋待測(cè)光學(xué)系統(tǒng)的光路。平面反 射鏡的加工面形誤差應(yīng)滿足
，其中0為平面反射鏡法線與入射光軸夾角， W(x，y)為滿足一定測(cè)試精度前提下，系統(tǒng)誤差分配給平面反射鏡的波前誤差。
[0007] -種用于小型離軸光學(xué)系統(tǒng)的MTF測(cè)試方法，具體步驟為：
[0008] 步驟一，設(shè)置MTF測(cè)試裝置；
[0009] 所述測(cè)試裝置主要由平行光管、MTF探測(cè)系統(tǒng)、平面反射鏡及二維旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)構(gòu)成； 其中二維旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與平面反射鏡剛性連接；平行光管和探測(cè)系統(tǒng)位于同一光軸上，平面反 射鏡、二維旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與待測(cè)光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成測(cè)試模塊位于平行光管和MTF探測(cè)系統(tǒng)之間的光 路中；
[0010] 步驟二，平行光管出射光經(jīng)測(cè)試模塊后會(huì)聚到MTF探測(cè)系統(tǒng)中，利用二維旋轉(zhuǎn)機(jī) 構(gòu)調(diào)整平面反射鏡在光路中的放置角度，實(shí)現(xiàn)光的不同視場(chǎng)角入射到待測(cè)光學(xué)系統(tǒng)中，并 保證測(cè)試模塊的入射光軸與出射光軸平行；
[0011] 步驟三，MTF探測(cè)系統(tǒng)根據(jù)接收的光信號(hào)測(cè)試出待測(cè)光學(xué)系統(tǒng)的MTF。
[0012] 有益效果
[0013] 本發(fā)明利用二維旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)調(diào)整平面反射鏡，調(diào)整到達(dá)待測(cè)系統(tǒng)的光的入射角，實(shí) 現(xiàn)測(cè)試模塊的入射光軸與出射光軸平行，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)系統(tǒng)不同視場(chǎng)角進(jìn)行MTF量，該 裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，且成本低，易于形成一個(gè)模塊，應(yīng)用到其他光學(xué)參數(shù)測(cè)量中。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1為本發(fā)明用于小型離軸光學(xué)系統(tǒng)的MTF測(cè)試裝置的示意圖；
[0015] 圖2為本發(fā)明提出的MTF測(cè)試裝置用于自由曲面棱鏡MTF測(cè)試的示意圖；其中：1 平行光管，2待測(cè)光學(xué)系統(tǒng)，3MTF探測(cè)系統(tǒng)，4平面反射鏡，5二維旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，6測(cè)試模塊，7為 待測(cè)的離軸非對(duì)稱自由曲面棱鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0017] 如圖1所示，一種用于小型離軸光學(xué)系統(tǒng)的MTF測(cè)試裝置，主要由平行光管1、MTF 探測(cè)系統(tǒng)3、平面反射鏡4及二維旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5構(gòu)成；其中二維旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5與平面反射鏡4剛 性連接；平行光管1和MTF探測(cè)系統(tǒng)3位于同一光軸上，平面反射鏡5位于二者之間。
[0018] 本發(fā)明方法的工作原理為：將待測(cè)光學(xué)系統(tǒng)2放置到該MTF測(cè)試裝置3與平行光 管1構(gòu)成的測(cè)試光路中，并與平面反射鏡4構(gòu)成測(cè)試模塊6,平面反射鏡4折轉(zhuǎn)待測(cè)光學(xué)系 統(tǒng)2的光路，使得測(cè)試模塊6形成一個(gè)共光軸光學(xué)系統(tǒng)；平行光管1發(fā)出平行光，經(jīng)過(guò)測(cè)試 模塊6,會(huì)聚在MTF探測(cè)系統(tǒng)3上，針對(duì)會(huì)聚光斑的解算，可以得出待測(cè)光學(xué)系統(tǒng)的MTF ;二 維旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5可以帶動(dòng)平面反射鏡4在空間兩維方向上的旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行不同視場(chǎng)點(diǎn)的采樣，從 而完成不同視場(chǎng)角下的光學(xué)系統(tǒng)MTF測(cè)試。
[0019] 本發(fā)明所述二維旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5是能夠?qū)崿F(xiàn)空間兩維方向上傾斜、旋轉(zhuǎn)的調(diào)整機(jī)構(gòu)， 可以是手動(dòng)調(diào)整也可以是自動(dòng)調(diào)整，不影響本方法實(shí)施。
[0020] 本發(fā)明所述測(cè)試模塊6,不僅可以用在MTF測(cè)試中，還可以作為一個(gè)整體，應(yīng)用在 其它光學(xué)性能測(cè)試設(shè)備中。
[0021] 本發(fā)明平面反射鏡的直徑應(yīng)滿足在旋轉(zhuǎn)時(shí)不遮擋待測(cè)光學(xué)系統(tǒng)的光路。平面反 射鏡的加工面形誤差應(yīng)滿足
其中0為平面反射鏡法線與入射光軸夾角， W(x，y)為滿足一定測(cè)試精度前提下，系統(tǒng)誤差分配給平面反射鏡的波前誤差。
[0022] 本發(fā)明一種用于小型離軸光學(xué)系統(tǒng)的MTF測(cè)試方法，具體步驟為：
[0023] 步驟一，設(shè)置MTF測(cè)試裝置；
[0024] 所述測(cè)試裝置主要由平行光管1、MTF探測(cè)系統(tǒng)3、平面反射鏡4及二維旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 5構(gòu)成；其中二維旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5與平面反射鏡4剛性連接；平行光管1和MTF探測(cè)系統(tǒng)3位于 同一光軸上，平面反射鏡4、二維旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5與待測(cè)光學(xué)系統(tǒng)2構(gòu)成測(cè)試模塊6位于平行光 管1和MTF探測(cè)系統(tǒng)3之間的光路中；
[0025] 步驟二，平行光管1出射光經(jīng)測(cè)試模塊6后會(huì)聚到MTF探測(cè)系統(tǒng)3中，利用二維旋 轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5調(diào)整平面反射鏡4在光路中的放置角度，實(shí)現(xiàn)光的不同視場(chǎng)角入射到待測(cè)光學(xué)系 統(tǒng)2中，并保證測(cè)試模塊6的入射光軸與出射光軸平行；
[0026] 步驟三，MTF探測(cè)系統(tǒng)3根據(jù)接收的光信號(hào)測(cè)試出待測(cè)光學(xué)系統(tǒng)2的MTF。
[0027] 實(shí)例：待測(cè)系統(tǒng)為非對(duì)稱自由曲面棱鏡，
[0028] 如圖2所示，平行光管1和MTF探測(cè)系統(tǒng)3在同一光軸上，測(cè)試模塊6放置在二者 之間的光路中；測(cè)試模塊6由待測(cè)的離軸非對(duì)稱自由曲面棱鏡7、平面反射鏡4以及二維旋 轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5構(gòu)成；二維旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5與平面反射鏡4剛性連接。
[0029] 待測(cè)的離軸非對(duì)稱自由曲面棱鏡7的出射光軸和入射光軸的夾角為2 0，則需要 平面反射鏡4的放置角度為法線方向與水平方向夾角為0，使得待測(cè)的離軸非對(duì)稱自由曲 面棱鏡7的入射光軸與出射光軸平行；同時(shí)平面反射鏡4的口徑應(yīng)足夠大，不對(duì)離軸非對(duì)稱 自由曲面棱鏡7的光路造成遮攔。平面反射鏡4的加工面形誤差應(yīng)滿足
W(x，y)為滿足一定測(cè)試精度前提下，系統(tǒng)誤差分配給平面反射鏡的波前誤差。
[0030] 平行光管1發(fā)出平行光，經(jīng)過(guò)測(cè)試模塊6,會(huì)聚在MTF探測(cè)系統(tǒng)3上，針對(duì)會(huì)聚光斑 的解算，可以得出離軸非對(duì)稱自由曲面棱鏡7的MTF ;二維旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5可以帶動(dòng)平面反射鏡 4在空間兩維方向上的旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行不同視場(chǎng)點(diǎn)的采樣，從而完成不同視場(chǎng)角下離軸非對(duì)稱自 由曲面棱鏡7的MTF測(cè)試。
[0031] 綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。 凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的 保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于小型離軸光學(xué)系統(tǒng)的MTF測(cè)試裝置，其特征在于，主要由平行光管（1)、MTF 探測(cè)系統(tǒng)（3)、平面反射鏡（4)及二維旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)（5)構(gòu)成；其中二維旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)（5)與平面反 射鏡（4)巧雌連接；平行光管（1)和MTF探測(cè)系統(tǒng)做位于同一光軸上，平面反射鏡（4)位 于二者之間。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于小型離軸光學(xué)系統(tǒng)的MTF測(cè)試裝置，其特征在于，所述平面 反射鏡（4)的加工面形誤差應(yīng)滿足其中0為平面反射鏡法線與入射光 軸夾角，W(x，y)為滿足一定測(cè)試精度前提下，系統(tǒng)誤差分配給平面反射鏡的波前誤差。3. -種用于小型離軸光學(xué)系統(tǒng)的MTF測(cè)試方法，其特征在于，具體步驟為： 步驟一，設(shè)置MTF測(cè)試裝置； 所述測(cè)試裝置主要由平行光管（1)、MTF探測(cè)系統(tǒng)（3)、平面反射鏡（4)及二維旋轉(zhuǎn)機(jī) 構(gòu)（5)構(gòu)成；其中二維旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)（5)與平面反射鏡（4)剛性連接；平行光管（1)和MTF探測(cè) 系統(tǒng)（3)位于同一光軸上，平面反射鏡（4)、二維旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)（5)與待測(cè)光學(xué)系統(tǒng)（2)構(gòu)成測(cè) 試模塊（6)位于平行光管（1)和MTF探測(cè)系統(tǒng)（3)之間的光路中； 步驟二，平行光管（1)出射光經(jīng)測(cè)試模塊（6)后會(huì)聚到MTF探測(cè)系統(tǒng)（3)中，利用二維 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)（5)調(diào)整平面反射鏡（4)在光路中的放置角度，實(shí)現(xiàn)光的不同視場(chǎng)角入射到待測(cè) 光學(xué)系統(tǒng)（2)中，并保證測(cè)試模塊化）的入射光軸與出射光軸平行； 步驟S，MTF探測(cè)系統(tǒng)（3)根據(jù)接收的光信號(hào)測(cè)試出待測(cè)光學(xué)系統(tǒng)（2)的MTF。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種用于小型離軸光學(xué)系統(tǒng)的MTF測(cè)試裝置及方法，該裝置主要由平行光管、MTF探測(cè)系統(tǒng)、平面反射鏡及二維旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)構(gòu)成；其中二維旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與平面反射鏡剛性連接；平行光管和MTF探測(cè)系統(tǒng)位于同一光軸上，平面反射鏡位于二者之間。利用本發(fā)明可以使得測(cè)試調(diào)整機(jī)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，便于操作，并且將平面反射鏡與待測(cè)光學(xué)系統(tǒng)形成一個(gè)測(cè)試模塊，特別便于開(kāi)展一系列光學(xué)性能模塊化測(cè)試，簡(jiǎn)化操作流程，提高測(cè)試效率。
【IPC分類】G01M11/02
【公開(kāi)號(hào)】CN104931239
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510320716
【發(fā)明人】程德文, 胡源, 王涌天, 劉越
【申請(qǐng)人】北京理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年9月23日
【申請(qǐng)日】2015年6月12日