(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210277608.3 (22)申请日 2022.03.21 (71)申请人 哈尔滨工业大 学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西 大直街92号 (72)发明人 路程　刘国栋　韩越越　刘炳国　 陈凤东　甘雨　卢丙辉　 (74)专利代理 机构 哈尔滨华夏松花江知识产权 代理有限公司 23213 专利代理师 杨晓辉 (51)Int.Cl. G01N 21/958(2006.01) G01N 21/01(2006.01) G02B 27/10(2006.01) (54)发明名称 集束装置终端光学组件成像系统及方法 (57)摘要 集束装置终端光学 组件成像系统及方法， 涉 及大口径 光学元件在线成像系统设计领域， 本发 明的目的是为了解决目前对单束终端光学组件 的成像检测速度慢的问题。 光学组件由8个子束 按口字型排列组成， 成像物镜采集光学组件的 像， 将采集到的像输出至分光棱镜， 第一组子束 的像经过分光棱镜透射到对应的4块探测芯片 上， 同时第二组子束的像或者第三组子束的像经 过分光棱镜反射到另外所述2块探测芯片上， 将 成像物镜、 分光棱镜和图像探测器一同绕光轴顺 时针线旋转90 °后， 第三组子束的像或者第二组 子束的像经过分光棱镜 反射到所述另外2块探测 芯片上， 图像探测器完成对8个子束 图像的全部 采集。 它用于对光学组件成像进行采集。 权利要求书2页 说明书7页 附图6页 CN 114660091 A 2022.06.24 CN 114660091 A 1.集束装置终端光学组件成像系统， 其特征在于， 所述系统包括成像物镜(1)、 分光棱 镜(2)和图像探测器(3)， 光学组件由8个子束按口字型排列组成， 8个子束分别排布在口字型的4个顶点位置、 口 字型的上下边上、 口字型的左右边上； 其中排布在口字型 的4个顶点位置的4个子束为第一 组子束； 排布在口字型的上下边上的2个子束为第二组子束； 排布在口字型的左右边上 的2 个子束为第三组子束； 光学组件、 成像物镜(1)、 分光 棱镜(2)和图像探测器(3)依次同轴排列； 图像探测器(3)包括6块探测芯片(3 ‑1)； 4块探测芯片(3 ‑1)与第一组子束内的4个子束位置相对， 另外2块探测芯片(3 ‑1)与4块 探测芯片(3 ‑1)垂直， 且另外2块探测芯片(3 ‑1)相对设置， 成像物镜(1)采集光学组件的像， 将采集到的像输出至分光棱镜(2)， 第一组子束 的像 经过分光棱镜(2)透射到对应的4块探测芯片(3 ‑1)上， 同时第二组子束的像或者第三组子 束的像经 过分光棱镜(2)反射到另外所述2块探测芯片(3 ‑1)上， 将成像物镜(1)、 分光棱镜(2)和图像探测器(3)一同绕光轴顺时针线旋转90 °后， 第三 组子束的像或者第二组子束的像经过分光棱镜(2)反射到所述另外2块探测芯片(3 ‑1)上， 图像探测器(3)完成对8个子束图像的全部采集。 2.根据权利要求1所述的集束装置终端光学组件成像系统， 其特征在于， 分光棱镜(2) 包括2个三 棱柱(2‑1)和1个梯形台(2 ‑2)； 2个三棱柱(2 ‑1)的结构均相同， 2个三棱柱(2 ‑1)分别粘贴在梯形台(2 ‑2)的两边， 2个 三棱柱(2‑1)和1个梯形台(2 ‑2)粘贴成长方体结构； 在每个三棱柱(2‑1)与梯形台(2 ‑2)的粘贴位置各镀一半反射膜和一半透射膜； 当两个粘贴位置与第二组子束内的2个子束的位置相对时， 第一组子束的像经过分光 棱镜(2)上的透射膜透射到对应的4块探测芯片(3 ‑1)上， 同时第二组子束中的2个子束的像 各经过分光棱镜(2)上的1个反射膜反射到另外2 块探测芯片(3 ‑1)上， 将成像物镜(1)、 分光 棱镜(2)和图像探测器(3)一同绕光轴 顺时针线旋转90 °后， 两个粘贴位置与第三组子束内 的2个子束的位置相对， 第三组子中的2个子束的像各经过分光棱镜(2)上的1个反射膜反射 到另外2块探测芯片(3 ‑1)上， 图像探测器(3)完成对8个子束图像的全部采集； 当两个粘贴位置与第三组子束内的2个子束的位置相对时， 第一组子束的像经过分光 棱镜(2)上的透射膜透射到对应的4块探测芯片(3 ‑1)上， 同时第三组子束中的2个子束的像 各经过分光棱镜(2)上的1个反射膜反射到另外2 块探测芯片(3 ‑1)上， 将成像物镜(1)、 分光 棱镜(2)和图像探测器(3)一同绕光轴 顺时针线旋转90 °后， 两个粘贴位置与第二组子束内 的2个子束的位置相对， 第二组子中的2个子束的像各经过分光棱镜(2)上的1个反射膜反射 到另外2块探测芯片(3 ‑1)上， 图像探测器(3)完成对8个子束图像的全部采集。 3.根据权利要求2所述的集束装置终端光学组件成像系统， 其特征在于， 图像探测器 (3)还包括筒形壳体， 所述系统还 包括环形 连接件， 在筒形壳体的底部开设4个孔， 且所述4个孔以筒形壳体的轴线为中心均匀开设， 在筒 形壳体的侧壁上对称开设2个孔， 每 个孔中嵌入一 块探测芯片(3 ‑1)， 环形连接件的环面与筒形壳体连接， 成像物镜(1)从环形连接件内环伸入到筒形壳体权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114660091 A 2内部， 与筒形壳体内部的分光棱镜(2)连接， 成像物镜(1)的外壁与环形连接件的内环壁连 接。 4.根据权利要求3所述的集束装置终端光学组件成像系统， 其特征在于， 所述系统还包 括指向角模块， 指向角模块， 用于带动筒形壳体绕光轴旋转， 使成像物镜(1)、 分光棱镜(2)和图像探测 器(3)一同绕光轴顺时针线旋转90 °。 5.根据权利要求3所述的集束装置终端光学组件成像系统， 其特征在于， 所述系统还包 括六自由度机 械手臂和控制模块， 控制模块， 用于控制六自由度机械手臂抓取调整成像物镜(1)、 图像探测器(3)和分光 棱镜(2)， 使成像物镜(1)、 图像探测器(3)和分光 棱镜(2)对准 光学组件。 6.根据权利要求3所述的集束装置终端光学组件成像系统， 其特征在于， 图像探测器 (3)采用立体阵列C CD相机实现， 6块探测芯片(3 ‑1)为6块C CD芯片。 7.根据权利要求5所述的集束装置终端光学组件成像系统实现的成像方法， 其特征在 于， 所述方法包括以下步骤： 步骤1、 控制模块控制六自由度机械手臂抓取调整成像物镜(1)、 图像探测器(3)和分光 棱镜(2)， 将成像物镜(1)、 图像探测器(3)和分光 棱镜(2)送入真空靶室中心； 步骤2、 对成像物镜(1)进行调焦、 对焦， 使成像物镜(1)对准第一组光学组件； 步骤3、 开启第一组光学组件上的照明光源后， 成像物镜(1)采集到第一组子束和第二 组子束或者第三组子束的像， 将该像输出至分光 棱镜(2)； 步骤4、 第一组子束的像经过分光棱镜(2)透射到对应的4块探测 芯片(3‑1)上， 同时第 二组子束的像或者第三组子束的像经 过分光棱镜(2)反射到另外2块探测芯片(3 ‑1)上； 步骤5、 将将成像物镜(1)、 分光棱镜(2)和图像探测器(3)一同绕光轴顺时针线旋转90 ° 后， 第三组子束的像或者第二组子束的像经过分光棱镜(2)反射到另外2块探测芯片(3 ‑1) 上； 步骤6、 控制模块检测图像探测器(3)是否完成对第一组光学组件中8个子束图像的全 部采集， 如果否， 则对成像物镜(1)进行调焦、 对焦至第一组光学组件， 重复执行步骤3至步 骤6， 直到 完成对第一组光学组件中8个子束图像的全部采集， 如果是， 则执 行步骤7； 步骤7、 判断是否完成所有光学组件的检测， 如果是， 则利用控制模块控制六自由度机 械手臂抓取调整成像物镜(1)、 图像探测器(3)和分光棱镜(2)退出真空靶室， 如果否， 则利 用控制模块控制六自由度机械手臂抓取调整成像物镜(1)、 图像探测器(3)和分光棱镜(2) 对准下一组光学组件， 重复执 行步骤2至步骤7， 直到 完成对所有光学组件的图像采集。 8.根据权利要求7所述的根据集束装置终端光学组件成像系统实现的成像方法， 其特 征在于， 图像探测器(3)采用立体阵列C CD相机实现， 探测芯片(3 ‑1)为CCD芯片。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114660091 A 3