大口径系统的波前检测方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种大口径系统的波前检测方法及系统，属于光学检测技术领域，适用于大口径光电成像系统的波前检测以及与大口径光电成像系统相关的检验设备如大型平行光管等的波前实时检测，该方法及系统采用多个五棱镜、平面反射镜与直导轨相结合的方式，利用五棱镜可以对以任意角度入射的光线的方向进行90°转向的特性，将通过大口径系统的靶面的发射光沿原光路返回至半反半透平面镜，再由半反半透平面镜反射至角度位置测量及处理装置，由角度位置测量及处理装置实现对大口径系统波前的重构并得到波前信息，可以对大口径系统的全口径同时进行采样，降低了环境对采样精度的影响，实现了大口径系统光学波前的高精度快速检测。

Wave front detection method and system for large aperture system

Wavefront detection method and system of the present invention relates to a large caliber system, which belongs to the technical field of optical detection, wavefront detection for large aperture optical imaging system and imaging system of large aperture optical inspection equipment such as large-scale collimator and real time wavefront detection, the method and system using a plurality of five prisms, plane mirror and straight guide way of combining the five prism with an arbitrary incident angle to the direction of the light characteristics of 90 degree turn, the target surface of large aperture system emits light along the light path back to the semi transparent mirror, a semi transparent measuring and processing plane mirror to angle device by angular position measuring and processing device to realize the reconstruction of the wavefront of large aperture system and get the wavefront information for large aperture system, can full aperture at the same time Sampling, reducing the influence of the environment on the sampling precision, and realizing the high precision and rapid detection of the optical wavefront of the large aperture system.

【技术实现步骤摘要】
大口径系统的波前检测方法及系统
本专利技术涉及光学检测
，特别是涉及一种大口径系统的波前检测方法及系统。
技术介绍
大口径光电成像系统主要用于对遥远距离物体的观测与高分辨率成像，其接收的从物体发出的光波是平面波即平面波前，因此在研制大口径光电成像系统的过程中，在对系统进行集成调试与成像质量测评阶段需要建立针对平面波前的测试设备以及基准。目前，对于口径在2米或以上的大口径光电成像系统而言，其光学波前的测评仍然是领域内的技术难题，由于制造大口径光学平面镜(面形误差小于10nmrms)的难度极大，因此，本领域技术人员一般采用拼接测试方法和光学倾角扫描测试方法来检测大口径光电系统的光学波前，但这两种方法都存在检测效率较低以及成本较高的问题。同时，在模拟大口径光电成像系统接收的平面波时，国内外通用的一种设备是大型(大口径、长焦距)平行光管，通过大型平行光管发出的平行光束模拟远距离目标状态，由光电成像系统接收平行光管发射出的平行光波，在光电成像系统的成像焦面上观测成像质量，从而实现大口径光电成像系统的像质评价等。由于大型平行光管是遥感光学、深空探测等高精密大口径光电成像系统研制过程中的关键测试设备与基准，因此对其的状态标校和使用过程中的波前实时检测是十分必要的。
技术实现思路
基于此，有必要针对现有的大口径光电成像系统的波前检测方法存在效率低、成本高的问题，以及现有技术中缺少对大型平行光管的波前进行实时检测的有效手段的问题，提供一种大口径系统的波前检测方法及系统。为解决上述问题，本专利技术采取如下的技术方案：一种大口径系统的波前检测方法，包括以下过程：在大口径系统的焦面处放置靶面，所述靶面的发射光依次经过半反半透平面镜和所述大口径系统出射至反射装置；所述反射装置设置在所述大口径系统的出射口径前，且所述反射装置所在平面与所述大口径系统的光轴垂直，所述反射装置至少包括三条可相对旋转和相互重合的直导轨，且各个所述直导轨相互分散，每一所述直导轨上至少设置有两个用于对所述发射光进行折转的交错分布的五棱镜，每一所述直导轨在所述五棱镜的出射光方向的末端设置有一平面反射镜，所述五棱镜的出射光经对应的所述平面反射镜的反射后沿原光路返回至所述半反半透平面镜；所述半反半透平面镜将沿原光路返回的所述五棱镜的出射光反射至角度位置测量及处理装置；所述角度位置测量及处理装置获取各个所述五棱镜形成的靶面返回像，对每一所述直导轨上的全部所述五棱镜的所述靶面返回像进行数据处理，得到相应的质心位置信息，并根据所述质心位置信息进行波前重构，得到所述大口径系统的波前信息。相应地，本专利技术还提出一种大口径系统的波前检测系统，包括靶面、半反半透平面镜、反射装置和角度位置测量及处理装置，所述反射装置至少包括三条可相对旋转和相互重合的直导轨，且各个所述直导轨相互分散，每一所述直导轨上至少设置有两个用于对所述靶面的发射光进行折转的交错分布的五棱镜，每一所述直导轨在所述五棱镜的出射光方向的末端设置有一平面反射镜，所述靶面放置在大口径系统的焦面处，所述靶面的发射光依次经过所述半反半透平面镜和所述大口径系统出射至所述反射装置；所述反射装置设置在所述大口径系统的出射口径前，且所述反射装置所在平面与所述大口径系统的光轴垂直，所述五棱镜的出射光经对应的所述平面反射镜的反射后沿原光路返回至所述半反半透平面镜；所述半反半透平面镜将沿原光路返回的所述五棱镜的出射光反射至所述角度位置测量及处理装置；所述角度位置测量及处理装置获取各个所述五棱镜形成的靶面返回像，对每一所述直导轨上的全部所述五棱镜的所述靶面返回像进行数据处理，得到相应的质心位置信息，并根据所述质心位置信息进行波前重构，得到所述大口径系统的波前信息。上述大口径系统的波前检测方法及系统适用于大口径光电成像系统的波前检测以及与大口径光电成像系统相关的检验设备如大型平行光管等的波前实时检测，该方法及系统采用多个五棱镜、平面反射镜与直导轨相结合的方式，利用五棱镜可以对以任意角度入射的光线的方向进行90°转向的特性，将通过大口径系统的靶面的发射光沿原光路返回至半反半透平面镜，再由半反半透平面镜反射至角度位置测量及处理装置，由角度位置测量及处理装置实现对大口径系统波前的重构并得到波前信息。本专利技术所提出的大口径系统的波前检测方法及系统通过在大口径系统波前上的多点同时采样，可以对大口径系统的全口径同时进行采样，降低了环境对采样精度的影响，实现了大口径系统光学波前的高精度快速检测，为大口径系统状态的实时监测与标校提供了更加快捷、实用的方法和系统，而且本专利技术反射装置中的各个直导轨在不检测波前时可以相互重合，从而使反射装置对大口径系统的遮拦最小化，系统整体结构简单，成本低。附图说明图1为本专利技术其中一个实施例中大口径系统的波前检测系统的侧视图；图2为反射装置的结构示意图；图3为任意一直导轨上五棱镜及平面反射镜的光路示意图；图4为设置有凹形直线轨道的直导轨和嵌入在凹形直线轨道内的凸形滑块的横截面示意图；图5为定位装置分别为弹簧片(a)或者螺母(b)时的直导轨和凸形滑块的横截面示意图；图6为本专利技术另一个实施例中大口径系统的波前检测方法的流程示意图。具体实施方式下面将结合附图及较佳实施例对本专利技术的技术方案进行详细描述。在其中一个实施例中，如图1所示，大口径系统的波前检测系统包括靶面100、半反半透平面镜200、反射装置300和角度位置测量及处理装置400，反射装置300至少包括三条可相对旋转和相互重合的直导轨310，且各个直导轨310相互分散，每一直导轨310上至少设置有两个用于对靶面100的发射光进行折转的交错分布的五棱镜320，每一直导轨310在五棱镜320的出射光方向的末端设置有一平面反射镜330。图1所示的大口径系统的波前检测系统的侧视图仅以反射装置300包括三条直导轨310以及每一直导轨310上均设置两个五棱镜320为例进行说明。靶面100放置在大口径系统的焦面处，靶面100的发射光依次经过半反半透平面镜200和大口径系统出射至反射装置300。在将靶面100放置在大口径系统的焦面处时，可以通过光管目标靶板在焦面的附近前后移动，辅助光管焦面位置的判定。图2所示为反射装置300的结构示意图，这里图2仅以反射装置300包括三条直导轨310、每一直导轨310上设置有两个五棱镜320为例对本专利技术中的反射装置300进行说明，三条直导轨310可以围绕转轴(图1中未示出)或者利用转台等装置实现相对旋转转动，而且三条直导轨310可相互重合，归位为一条导轨，当反射装置300包括四条以上的直导轨310时，其结构以此类推。反射装置300设置在大口径系统的出射口径前，且反射装置300所在平面与大口径系统的光轴垂直，即各个直导轨310均与大口径系统的光轴垂直；图3所示为任意一直导轨310上五棱镜320及平面反射镜330的光路示意图，由图3可知，在本实施例中，五棱镜320的出射光经对应的平面反射镜330的反射后沿原光路返回至大口径系统，经过大口径系统后最终返回至半反半透平面镜200。半反半透平面镜200将沿原光路返回的五棱镜320的出射光反射至角度位置测量及处理装置400。在本实施例中，角度位置测量及处理装置400包括角度测量设备和与角度测量仪联用的处理设备，如计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大口径系统的波前检测方法，其特征在于，包括以下过程：在大口径系统的焦面处放置靶面，所述靶面的发射光依次经过半反半透平面镜和所述大口径系统出射至反射装置；所述反射装置设置在所述大口径系统的出射口径前，且所述反射装置所在平面与所述大口径系统的光轴垂直，所述反射装置至少包括三条可相对旋转和相互重合的直导轨，且各个所述直导轨相互分散，每一所述直导轨上至少设置有两个用于对所述发射光进行折转的交错分布的五棱镜，每一所述直导轨在所述五棱镜的出射光方向的末端设置有一平面反射镜，所述五棱镜的出射光经对应的所述平面反射镜的反射后沿原光路返回至所述半反半透平面镜；所述半反半透平面镜将沿原光路返回的所述五棱镜的出射光反射至角度位置测量及处理装置；所述角度位置测量及处理装置获取各个所述五棱镜形成的靶面返回像，对每一所述直导轨上的全部所述五棱镜的所述靶面返回像进行数据处理，得到相应的质心位置信息，并根据所述质心位置信息进行波前重构，得到所述大口径系统的波前信息。

【技术特征摘要】
1.一种大口径系统的波前检测方法，其特征在于，包括以下过程：在大口径系统的焦面处放置靶面，所述靶面的发射光依次经过半反半透平面镜和所述大口径系统出射至反射装置；所述反射装置设置在所述大口径系统的出射口径前，且所述反射装置所在平面与所述大口径系统的光轴垂直，所述反射装置至少包括三条可相对旋转和相互重合的直导轨，且各个所述直导轨相互分散，每一所述直导轨上至少设置有两个用于对所述发射光进行折转的交错分布的五棱镜，每一所述直导轨在所述五棱镜的出射光方向的末端设置有一平面反射镜，所述五棱镜的出射光经对应的所述平面反射镜的反射后沿原光路返回至所述半反半透平面镜；所述半反半透平面镜将沿原光路返回的所述五棱镜的出射光反射至角度位置测量及处理装置；所述角度位置测量及处理装置获取各个所述五棱镜形成的靶面返回像，对每一所述直导轨上的全部所述五棱镜的所述靶面返回像进行数据处理，得到相应的质心位置信息，并根据所述质心位置信息进行波前重构，得到所述大口径系统的波前信息。2.根据权利要求1所述的大口径系统的波前检测方法，其特征在于，每一所述直导轨上的所述五棱镜的交错分布方式相同，所述交错分布方式为相邻的任意两个所述五棱镜在所述直导轨的长度方向上的距离均相等，相邻的任意两个所述五棱镜在所述直导轨的宽度方向上的距离均相等，且任意两个所述五棱镜在所述直导轨的长度方向上和所述直导轨的宽度方向上均交错分布。3.根据权利要求1或2所述的大口径系统的波前检测方法，其特征在于，所述直导轨上设置有凹形直线轨道，每一所述凹形直线轨道内至多嵌入一个凸形滑块，所述五棱镜与所述凸形滑块的顶部固定连接，且所述凸形滑块在定位装置的作用下可在所述凹形直线轨道的任意位置固定。4.根据权利要求1或2所述的大口径系统的波前检测方法，其特征在于，任意相邻的两条所述直导轨的夹角均相等。5.根据权利要求1或2所述的大口径系统的波前检测方法，其特征在于，所述五棱镜为全反射五棱镜，且所述全反射五棱镜的棱长为20mm。6.一种大口径系统的波前检测系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：马冬梅，王兴，马赫，刘爽，
申请(专利权)人：长光卫星技术有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林,22