[发明专利]一种用于ICF终端光学组件损伤检测的变焦成像系统

说明书

一种用于ICF终端光学组件损伤检测的变焦成像系统，采用二组元变焦结构，前固定组透镜组保持不动，改变后组透镜与前组透镜的间距来调节系统焦距，对终端组件中多个大口径光学元件分别清晰成像；对于厚度薄的光学元件，成像物面为光学元件中心厚处，元件前、后表面在系统景深范围内，可一次成像；对于厚度厚的光学元件，为获取高质量图像需对前、后表面分别成像；对终端光学组件中部分倾斜排布的光学元件表面成像时，成像接收器CCD需要调节一定角度，从而获取高质量图像。

技术领域

本发明属于光学设计领域，特别涉及一种用于ICF终端光学组件损伤检测的变焦成像系统。

背景技术

终端光学组件是惯性约束核聚变(Inertial Confinement Fusion,ICF)装置中非常重要的组成部件之一，包含了多块大口径光学元件，其长期在高能量激光辐射环境中工作，由于光束自聚焦等原因，这些光学元件表面和内部会产生激光损伤，另外光学元件在加工、运输等环节中也会产生划痕等瑕疵。光学元件激光损伤的尺寸与激光辐照次数呈指数增长关系，当损伤尺寸较小时是可以被修复的，当损伤尺寸超过一定阈值后，其损伤是不可修复的。因此我们需要在损伤形成的初级阶段，对其进行检测并跟踪，在损伤尺寸达到阈值之前，将其替换并进行修复。

目前光学元件损伤检测有两种检测方式：第一种是离线检测，把终端光学组件中的元件拆下来，逐个进行检测，这种检测方式的精度很高，能够达到几个微米，但是其效率较低；第二种是在线检测方式，不用将待测光学元件拆卸下来，而是在线获取元件表面高质量图像，来检测损伤情况。虽然在线检测精度明显低于离线检测，但是检测效率却明显高于离线检测。在ICF系统每次打靶前，都需要对这些终端光学元件的损伤状况进行检测评估。由于终端光学元件的口径大，数量多，离线检测需要花费大量人力物力以及时间成本，带来诸多不便，因此采用在线检测方式，在短时间内能够迅速获取全部终端光学元件的高质量图像，实现对光学元件损伤区域的准确识别、定位以及精准测量，不影响ICF系统正常打靶运行。

发明内容

本发明提出一种用于ICF终端光学组件损伤检测的变焦成像系统，对终端光学组件中所有光学元件进行口径370mm×370mm清晰成像，实现光学元件损伤在线检测，对所有光学元件成像时物方分辨率均达到100μm。

为实现上述目的，本发明采取技术方案：一种用于ICF终端光学组件损伤检测的变焦成像系统，包括同光轴依次放置的前固定组、光阑、变倍组和CCD；所述的前固定组包括第一双凸正透镜、第二双凸正透镜和第一双凹负透镜；所述变倍组包括第二双凹负透镜、弯月正透镜、弯月负透镜和第三双凸正透镜；在变焦过程中，确保所述的前固定组不动，将所述的光阑、变倍组作为整体与所述的CCD分别沿着光轴方向移动。

进一步的，所述的变焦成像系统放置于靶球中心位置，终端光学组件中包含一个球面元件，，对终端光学系统中第一平面元件、第二平面元件、第三平面元件、第四平面元件以及球面元件前表面成像时，所述的变焦成像系统和终端光学组件中的球面元件组成一个成像系统进行工作；对球面元件后表面、第五平面元件、第六平面元件成像时，则单独由变焦成像系统工作。

进一步的，所述变焦成像系统主要分为两组透镜组，前透镜组为固定组，后组为变焦组，在变焦的过程中，像面移动，移动CCD的位置进行对焦，大大简化变焦系统。

进一步的，终端组件中第一平面元件厚度较薄，厚度约为10mm，物面位置设在第一平面元件的中心厚度处，元件前、后表面在光学系统景深范围内，可同时对前、后表面成像。

进一步的，终端光学组件中的第二平面元件和球面元件厚度较厚，厚度为40mm～80mm之间，单次成像无法同时获取光学元件前、后表面高质量图像，采取分别对其前、后表面成像的方法。

进一步的，终端光学组件中部分光学元件排布位置与光轴存在一定夹角，成像物面倾斜，为获得高质量的成像结果，需转动CCD角度。