[发明专利]大口径空间光学系统外场波前像差检测方法

摘要

大口径空间光学系统外场波前像差测量方法，属于光学系统先进制造技术领域，为解决现有检测手段无法满足大口径空间光学系统的外场波前像差测量要求的问题，本发明测量方法包括：一、测量条件初始化，将四维调整架和小口径平行光发生装置放在被测光学系统前的适当位置；通过辅助设备令小口径平行光发生装置指向指定的视场，并锁死x、y方向转动装置；将被测光学系统的光学参数、小口径平行光口径及测量所需的子孔径数目输入控制计算机；根据初始参数，控制计算机生成小口径平行光发生装置的初始位置及运动轨迹；二、波前斜率测量，三、波前像差拟合；由于波面斜率可以逐点、分时测量，无需使用大口径平行光管，降低了此类系统外场波前像差的难度。

主权项

大口径空间光学系统外场波前像差检测方法，其特征是，包括三个步骤：步骤一：测量条件初始化，a）将四维调整架（1）和小口径平行光发生装置（2）放在被测光学系统（3）前；通过辅助设备令小口径平行光发生装置（2）指向被测光学系统（3）的视场，并锁死x、y方向转动装置；b）将被测光学系统（3）的光学参数、小口径平行光口径及测量所需的子孔径数目输入控制计算机（5）；子孔径拼接后的面积需覆盖被测光学系统（3）单视场通光孔径的全部，相邻子孔径重叠面积由采样密度确定；c）根据初始参数，控制计算机（5）生成小口径平行光发生装置（2）的初始位置及运动轨迹；运动轨迹的走向由控制计算机（5）预先设定，但轨迹长度由被测光学系统（3）的通光口径及测量所需的子孔径数目确定；同时，控制计算机（5）还生成两个与采样密度相同维度的二维空矩阵，用以存储测量数据，每个矩阵中的元素与小口径平行光发生装置（2）运动轨迹中的驻留位置一一对应；d）控制计算机（5）控制小口径平行光发生装置（2）运动至测量初始位置；步骤二：波前斜率测量，将小口径平行光发生装置（2）调整至开启状态；发出的平行光经被测光学系统（3），最终被会聚到图像传感器（4）上，此时图像传感器（4）上接受到的是点状光斑；控制计算机（5）控制图像传感器（4）记录该点状光斑，并将其存入缓存；再通过质心算法计算出该点状光斑质心位置的x、y坐标，并将其存储为偏离矩阵中与小口径平行光发生装置（2）的位置相对应的元素；完成该操作后，控制计算机（5）根据步骤一中生成的运动轨迹控制小口径平行光发生装置（2）移动至下一位置，进行同样的光斑记录、数据处理与存储操作；以此类推，小口径平行光发生装置（2）按照其运动轨迹遍历整个被测光学系统（3）被测视场的通光口径，并在每个驻留位置进行光斑记录、数据处理与存储操作；测量结束后，可以得到表征被测光学系统（3）出瞳波面x方向斜率与y方向斜率的两个偏离矩阵；步骤三：波前像差拟合，根据步骤二中生成的偏离矩阵与被测光学系统（3）的焦距可以计算得到被测光学系统（3）出瞳波面x方向斜率矩阵与y方向斜率矩阵；以斜率矩阵为输入，采用成熟的波面拟合算法，拟合得到被测光学系统（3）的出瞳波面。