一種用于小型離軸光學(xué)系統(tǒng)的mtf測試裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光學(xué)測量技術(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步，復(fù)雜自由曲面棱鏡結(jié)構(gòu)被越來越廣泛的應(yīng) 用在光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計中，這種結(jié)構(gòu)常常是離軸非對稱式的。而常見的MTF測試設(shè)備的機械調(diào) 整結(jié)構(gòu)都是針對同軸對稱光學(xué)系統(tǒng)，平行光管、待測鏡頭以及探測系統(tǒng)在同一光軸上，用來 進行視場角測量的調(diào)整裝置也只能在一維方向上小角度調(diào)整，無法直接進行入射光軸和出 射光軸有大角度夾角的離軸光學(xué)系統(tǒng)測量；并且不同視場角MTF測量也主要是針對一維方 向視場可以代表整個像面的旋轉(zhuǎn)對稱光學(xué)系統(tǒng)，無法對非對稱系統(tǒng)的每一個視場點進行采 樣。若要采用現(xiàn)有的MTF測試設(shè)備完成離軸非對稱自由曲面棱鏡測量，需要構(gòu)建可以進行 兩維方向旋轉(zhuǎn)的機械調(diào)整機構(gòu)，該調(diào)整機構(gòu)由于在完成二維方向旋轉(zhuǎn)的同時，還需要承載 待測光學(xué)系統(tǒng)和MTF探測系統(tǒng)，以及MTF探測系統(tǒng)自身的機械調(diào)整架，所以體積大，結(jié)構(gòu)復(fù) 雜，費用也比較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 有鑒于此，本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出一種用于小型離軸光學(xué)系統(tǒng) 的MTF測試裝置及方法，利用本發(fā)明可以使得測試調(diào)整機構(gòu)大為簡化，便于操作，并且將平 面反射鏡與待測光學(xué)系統(tǒng)形成一個測試模塊，特別便于開展一系列光學(xué)性能模塊化測試， 簡化操作流程，提高測試效率。
[0004] 實現(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測試裝置，主要由平行光管、MTF探測系統(tǒng)、 平面反射鏡及二維旋轉(zhuǎn)機構(gòu)構(gòu)成；其中二維旋轉(zhuǎn)機構(gòu)與平面反射鏡剛性連接；平行光管和 MTF探測系統(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)時不遮擋待測光學(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測試方法，具體步驟為：
[0008] 步驟一，設(shè)置MTF測試裝置；
[0009] 所述測試裝置主要由平行光管、MTF探測系統(tǒng)、平面反射鏡及二維旋轉(zhuǎn)機構(gòu)構(gòu)成； 其中二維旋轉(zhuǎn)機構(gòu)與平面反射鏡剛性連接；平行光管和探測系統(tǒng)位于同一光軸上，平面反 射鏡、二維旋轉(zhuǎn)機構(gòu)與待測光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成測試模塊位于平行光管和MTF探測系統(tǒng)之間的光 路中；
[0010] 步驟二，平行光管出射光經(jīng)測試模塊后會聚到MTF探測系統(tǒng)中，利用二維旋轉(zhuǎn)機 構(gòu)調(diào)整平面反射鏡在光路中的放置角度，實現(xiàn)光的不同視場角入射到待測光學(xué)系統(tǒng)中，并 保證測試模塊的入射光軸與出射光軸平行；
[0011] 步驟三，MTF探測系統(tǒng)根據(jù)接收的光信號測試出待測光學(xué)系統(tǒng)的MTF。
[0012] 有益效果
[0013] 本發(fā)明利用二維旋轉(zhuǎn)機構(gòu)調(diào)整平面反射鏡，調(diào)整到達待測系統(tǒng)的光的入射角，實 現(xiàn)測試模塊的入射光軸與出射光軸平行，從而實現(xiàn)對待測系統(tǒng)不同視場角進行MTF量，該 裝置結(jié)構(gòu)簡單，體積小，且成本低，易于形成一個模塊，應(yīng)用到其他光學(xué)參數(shù)測量中。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明用于小型離軸光學(xué)系統(tǒng)的MTF測試裝置的示意圖；
[0015] 圖2為本發(fā)明提出的MTF測試裝置用于自由曲面棱鏡MTF測試的示意圖；其中：1 平行光管，2待測光學(xué)系統(tǒng)，3MTF探測系統(tǒng)，4平面反射鏡，5二維旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，6測試模塊，7為 待測的離軸非對稱自由曲面棱鏡。
【具體實施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細(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測試裝置，主要由平行光管1、MTF 探測系統(tǒng)3、平面反射鏡4及二維旋轉(zhuǎn)機構(gòu)5構(gòu)成；其中二維旋轉(zhuǎn)機構(gòu)5與平面反射鏡4剛 性連接；平行光管1和MTF探測系統(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：將待測光學(xué)系統(tǒng)2放置到該MTF測試裝置3與平行光 管1構(gòu)成的測試光路中，并與平面反射鏡4構(gòu)成測試模塊6,平面反射鏡4折轉(zhuǎn)待測光學(xué)系 統(tǒng)2的光路，使得測試模塊6形成一個共光軸光學(xué)系統(tǒng)；平行光管1發(fā)出平行光，經(jīng)過測試 模塊6,會聚在MTF探測系統(tǒng)3上，針對會聚光斑的解算，可以得出待測光學(xué)系統(tǒng)的MTF ;二 維旋轉(zhuǎn)機構(gòu)5可以帶動平面反射鏡4在空間兩維方向上的旋轉(zhuǎn)，進行不同視場點的采樣，從 而完成不同視場角下的光學(xué)系統(tǒng)MTF測試。
[0019] 本發(fā)明所述二維旋轉(zhuǎn)機構(gòu)5是能夠?qū)崿F(xiàn)空間兩維方向上傾斜、旋轉(zhuǎn)的調(diào)整機構(gòu)， 可以是手動調(diào)整也可以是自動調(diào)整，不影響本方法實施。
[0020] 本發(fā)明所述測試模塊6,不僅可以用在MTF測試中，還可以作為一個整體，應(yīng)用在 其它光學(xué)性能測試設(shè)備中。
[0021] 本發(fā)明平面反射鏡的直徑應(yīng)滿足在旋轉(zhuǎn)時不遮擋待測光學(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測試方法，具體步驟為：
[0023] 步驟一，設(shè)置MTF測試裝置；
[0024] 所述測試裝置主要由平行光管1、MTF探測系統(tǒng)3、平面反射鏡4及二維旋轉(zhuǎn)機構(gòu) 5構(gòu)成；其中二維旋轉(zhuǎn)機構(gòu)5與平面反射鏡4剛性連接；平行光管1和MTF探測系統(tǒng)3位于 同一光軸上，平面反射鏡4、二維旋轉(zhuǎn)機構(gòu)5與待測光學(xué)系統(tǒng)2構(gòu)成測試模塊6位于平行光 管1和MTF探測系統(tǒng)3之間的光路中；
[0025] 步驟二，平行光管1出射光經(jīng)測試模塊6后會聚到MTF探測系統(tǒng)3中，利用二維旋 轉(zhuǎn)機構(gòu)5調(diào)整平面反射鏡4在光路中的放置角度，實現(xiàn)光的不同視場角入射到待測光學(xué)系 統(tǒng)2中，并保證測試模塊6的入射光軸與出射光軸平行；
[0026] 步驟三，MTF探測系統(tǒng)3根據(jù)接收的光信號測試出待測光學(xué)系統(tǒng)2的MTF。
[0027] 實例：待測系統(tǒng)為非對稱自由曲面棱鏡，
[0028] 如圖2所示，平行光管1和MTF探測系統(tǒng)3在同一光軸上，測試模塊6放置在二者 之間的光路中；測試模塊6由待測的離軸非對稱自由曲面棱鏡7、平面反射鏡4以及二維旋 轉(zhuǎn)機構(gòu)5構(gòu)成；二維旋轉(zhuǎn)機構(gòu)5與平面反射鏡4剛性連接。
[0029] 待測的離軸非對稱自由曲面棱鏡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，使得待測的離軸非對稱自由曲 面棱鏡7的入射光軸與出射光軸平行；同時平面反射鏡4的口徑應(yīng)足夠大，不對離軸非對稱 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)過測試模塊6,會聚在MTF探測系統(tǒng)3上，針對會聚光斑 的解算，可以得出離軸非對稱自由曲面棱鏡7的MTF ;二維旋轉(zhuǎn)機構(gòu)5可以帶動平面反射鏡 4在空間兩維方向上的旋轉(zhuǎn)，進行不同視場點的采樣，從而完成不同視場角下離軸非對稱自 由曲面棱鏡7的MTF測試。
[0031] 綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。 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、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的 保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種用于小型離軸光學(xué)系統(tǒng)的MTF測試裝置，其特征在于，主要由平行光管（1)、MTF 探測系統(tǒng)（3)、平面反射鏡（4)及二維旋轉(zhuǎn)機構(gòu)（5)構(gòu)成；其中二維旋轉(zhuǎn)機構(gòu)（5)與平面反 射鏡（4)巧雌連接；平行光管（1)和MTF探測系統(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測試方法，其特征在于，具體步驟為： 步驟一，設(shè)置MTF測試裝置； 所述測試裝置主要由平行光管（1)、MTF探測系統(tǒng)（3)、平面反射鏡（4)及二維旋轉(zhuǎn)機 構(gòu)（5)構(gòu)成；其中二維旋轉(zhuǎn)機構(gòu)（5)與平面反射鏡（4)剛性連接；平行光管（1)和MTF探測 系統(tǒng)（3)位于同一光軸上，平面反射鏡（4)、二維旋轉(zhuǎn)機構(gòu)（5)與待測光學(xué)系統(tǒng)（2)構(gòu)成測 試模塊（6)位于平行光管（1)和MTF探測系統(tǒng)（3)之間的光路中； 步驟二，平行光管（1)出射光經(jīng)測試模塊（6)后會聚到MTF探測系統(tǒng)（3)中，利用二維 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)（5)調(diào)整平面反射鏡（4)在光路中的放置角度，實現(xiàn)光的不同視場角入射到待測 光學(xué)系統(tǒng)（2)中，并保證測試模塊化）的入射光軸與出射光軸平行； 步驟S，MTF探測系統(tǒng)（3)根據(jù)接收的光信號測試出待測光學(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測試裝置及方法，該裝置主要由平行光管、MTF探測系統(tǒng)、平面反射鏡及二維旋轉(zhuǎn)機構(gòu)構(gòu)成；其中二維旋轉(zhuǎn)機構(gòu)與平面反射鏡剛性連接；平行光管和MTF探測系統(tǒng)位于同一光軸上，平面反射鏡位于二者之間。利用本發(fā)明可以使得測試調(diào)整機構(gòu)大為簡化，便于操作，并且將平面反射鏡與待測光學(xué)系統(tǒng)形成一個測試模塊，特別便于開展一系列光學(xué)性能模塊化測試，簡化操作流程，提高測試效率。
【IPC分類】G01M11/02
【公開號】CN104931239
【申請?zhí)枴緾N201510320716
【發(fā)明人】程德文, 胡源, 王涌天, 劉越
【申請人】北京理工大學(xué)
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年6月12日