專利名稱：基于波像差檢測的光學(xué)系統(tǒng)面形補償裝調(diào)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬光學(xué)工程領(lǐng)域，涉及一種光學(xué)系統(tǒng)的裝調(diào)方法，尤其涉及一種基于波像差檢測的光學(xué)系統(tǒng)面形補償裝調(diào)方法。
背景技術(shù)：
影響光學(xué)系統(tǒng)象質(zhì)的誤差主要來自光學(xué)、機械兩方面。光學(xué)方面的誤差主要是由于受加工工藝水平的限制，引起的曲率半徑、厚度、偏心等偏差。這些偏差在元件加工完成后就不可更改，但通過計量檢測可以知道其確定的偏差值。機械方面的誤差主要是機械零件加工同軸度、垂直度等低于設(shè)計要求，而使裝配進去的光學(xué)元件面形精度降低，產(chǎn)生位移、偏心、傾斜等。光機加工、裝調(diào)中的誤差可以概括為元件的厚度偏差、位移、偏心、傾斜等。它們對光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)的影響作用是不相同的。當(dāng)光學(xué)元件存在位移、厚度偏差時，主要影響對稱性像差，使像點的彌散增大。系統(tǒng)存在偏心、傾斜則導(dǎo)致非對稱性的像差，對于軸上點而言，有中心慧差和垂軸色差，使得像點的衍射環(huán)失去對稱性，而且?guī)в蟹菍ΨQ性顏色。在偏心較嚴(yán)重的情況下，還會在視場的中心看到兩條分開的焦線，即中心像散。同時， 軸外像點出現(xiàn)像散和非對稱性的畸變。所有這些加工、裝配帶來的誤差對光學(xué)系統(tǒng)象質(zhì)的綜合影響表現(xiàn)為分辨率降低、畸變增大、像點的彌散斑增大、傳遞函數(shù)降低等。此時，通過對各光學(xué)元件的空間相對位置的微調(diào)，可以補償由于制造誤差引進的像差，提高實際系統(tǒng)裝配后的成像質(zhì)量。經(jīng)典的補償調(diào)整方法是基于光學(xué)、機械零件的幾何計量與檢測的補償調(diào)整方法，該方法盲目性強，需要反復(fù)多次操作，而且需要有豐富經(jīng)驗的技術(shù)人員進行操作， 使用非常不方便，同時，該方法并未涉及大口徑光學(xué)元件和系統(tǒng)經(jīng)常進行的波像差檢測以及由此帶來的可能的基于等光程原理的波面補償調(diào)整方法。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決背景技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種針對性強、實現(xiàn)迅捷、操作簡便以及實用性強的基于波像差檢測的光學(xué)系統(tǒng)面形補償裝調(diào)方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是本發(fā)明提供了一種基于波像差檢測的光學(xué)系統(tǒng)面形補償裝調(diào)方法，其特殊之處在于所述基于波像差檢測的光學(xué)系統(tǒng)面形補償裝調(diào)方法包括以下步驟1)檢測待裝調(diào)光學(xué)系統(tǒng)各光學(xué)元件的面形波像差；2)根據(jù)等光程原則，判斷待裝調(diào)光學(xué)系統(tǒng)的各光學(xué)元件的面形是否存在互補，若是，則直接退出待裝調(diào)光學(xué)系統(tǒng)的裝調(diào)過程；若否，則進行步驟3)；3)對待裝調(diào)光學(xué)系統(tǒng)各光學(xué)元件的空間位置進行調(diào)整，使其實現(xiàn)元件面形波像差互補。上述步驟2、中面形互補的判斷方式是2. 1)將步驟1)中已經(jīng)得到的待裝調(diào)光學(xué)系統(tǒng)各光學(xué)元件的面形波像差進行矢量疊加，并得到疊加后的各光學(xué)元件的面形波像差矢量和；
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2. 2)若疊加后的各光學(xué)元件的面形波像差矢量和的絕對值減小，則待裝調(diào)光學(xué)系統(tǒng)各光學(xué)元件的面形是互補；若疊加后的各光學(xué)元件的面形波像差矢量和的絕對值增大， 則待裝調(diào)光學(xué)系統(tǒng)各光學(xué)元件的面形是非互補的。上述步驟；3)中對待裝調(diào)光學(xué)系統(tǒng)各光學(xué)元件的空間位置進行調(diào)整的方式是對待裝調(diào)光學(xué)系統(tǒng)各光學(xué)元件進行平移、旋轉(zhuǎn)或傾斜。本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明提供了一種基于波像差檢測的光學(xué)系統(tǒng)面形補償裝調(diào)方法，該方法采用當(dāng)系統(tǒng)中各光學(xué)元件的幾何失調(diào)量為零時，如果僅存在光學(xué)元件的面形誤差，則系統(tǒng)最終像面的波像差將由各光學(xué)元件的面形波像差唯一決定的原理，在不改變光學(xué)系統(tǒng)其它結(jié)構(gòu)關(guān)系的前提下，通過旋轉(zhuǎn)等簡單調(diào)整操作，可以將光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)光學(xué)零件面形誤差調(diào)整達到相互間的波像差互補關(guān)系，從而達到優(yōu)化系統(tǒng)波像差從而提高系統(tǒng)成像質(zhì)量的目的，其裝調(diào)過程簡單可控，操作簡單，實用性強。


圖1是本發(fā)明提供的裝調(diào)方法的裝調(diào)過程示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的原理是光在任意介質(zhì)中從一點傳播到另一點時，沿所需時間最短的路徑傳播，該原理又稱最小時間原理或極短光程原理，這是法國數(shù)學(xué)家費馬(Pierre de Fermat)于1657年首先提出的費馬原理(Fermat' s Principle)。費馬原理是幾何光學(xué)中的一條重要原理，由此原理可證明光在均勻介質(zhì)中傳播時遵從的直線傳播定律、反射和折射定律，以及傍軸條件下光學(xué)系統(tǒng)的等光程性等。因此所有的成像光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計過程都遵循等光程性原則。依據(jù)上述原理，本發(fā)明提供了一種基于波像差檢測的光學(xué)系統(tǒng)面形補償裝調(diào)方法，該方法包括以下步驟1)檢測待裝調(diào)光學(xué)系統(tǒng)各光學(xué)元件的面形波像差；2)根據(jù)等光程原則，判斷待裝調(diào)光學(xué)系統(tǒng)的各光學(xué)元件的面形是否存在互補，若是，則直接退出待裝調(diào)光學(xué)系統(tǒng)的裝調(diào)過程；若否，則進行步驟3)其互補的判斷過程是2. 1)將步驟1)中已經(jīng)得到的待裝調(diào)光學(xué)系統(tǒng)各光學(xué)元件的面形波像差進行疊加，并得到疊加后的各光學(xué)元件的面形波像差矢量和；2. 2)若疊加后的各光學(xué)元件的面形波像差矢量和之絕對值減小，則待裝調(diào)光學(xué)系統(tǒng)各光學(xué)元件的面形是互補；若疊加后的各光學(xué)元件的面形波像差矢量和之絕對值增大， 則待裝調(diào)光學(xué)系統(tǒng)各光學(xué)元件的面形是非互補的。3)對待裝調(diào)光學(xué)系統(tǒng)各光學(xué)元件的空間位置進行平移、旋轉(zhuǎn)和/或傾斜等的調(diào)整，使待裝調(diào)光學(xué)系統(tǒng)的各光學(xué)元件的面形達到互補。參見圖1，本發(fā)明以圖1所示的光學(xué)系統(tǒng)為例對本發(fā)明所提供的基于波像差檢測的光學(xué)系統(tǒng)面形補償裝調(diào)方法進行詳細的說明。在圖1中，該光學(xué)系統(tǒng)包括主鏡、次鏡、物點0以及像點I，其中，實線表示理想狀態(tài)下各光學(xué)元件的面形結(jié)構(gòu)示意圖；虛線表示實際得到的各光學(xué)元件的實測面形結(jié)構(gòu)示意圖；當(dāng)主鏡的面形波像差為Wmain(也就是虛線所表示的面形波像差)，次鏡面形波像差為Iec (也就是虛線所表示的面形波像差)時，物點0發(fā)出的球面波W。與像點I處的波像差W1可表達為W1 = ff0+kfflfffflain+ksffsec其中km為主鏡面到次鏡面的光瞳放大倍率，ks為次鏡面到像面的光瞳放大倍率， 均由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)決定，則根據(jù)等光程設(shè)計原則，主鏡和次鏡的面形誤差存在互補關(guān)系。也就是說，假設(shè)當(dāng)系統(tǒng)中各光學(xué)元件的幾何失調(diào)量為零時，如果僅存在光學(xué)元件的面形誤差， 則系統(tǒng)最終像面的波像差將由各光學(xué)元件的面形波像差唯一決定。
權(quán)利要求
1.一種基于波像差檢測的光學(xué)系統(tǒng)面形補償裝調(diào)方法，其特征在于所述基于波像差檢測的光學(xué)系統(tǒng)面形補償裝調(diào)方法包括以下步驟1)檢測待裝調(diào)光學(xué)系統(tǒng)各光學(xué)元件的面形波像差；2)根據(jù)等光程原則，判斷待裝調(diào)光學(xué)系統(tǒng)的各光學(xué)元件的面形是否存在互補，若是，則直接退出待裝調(diào)光學(xué)系統(tǒng)的裝調(diào)過程；若否，則進行步驟3)；3)對待裝調(diào)光學(xué)系統(tǒng)各光學(xué)元件的空間位置進行調(diào)整。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波像差檢測的光學(xué)系統(tǒng)面形補償裝調(diào)方法，其特征在于所述步驟2)中面形互補的判斷方式是2. 1)將步驟1)中已經(jīng)得到的待裝調(diào)光學(xué)系統(tǒng)各光學(xué)元件的面形波像差進行疊加，并得到疊加后的各光學(xué)元件的面形波像差矢量和；2.2)若疊加后的各光學(xué)元件的面形波像差矢量和的絕對值減小，則待裝調(diào)光學(xué)系統(tǒng)各光學(xué)元件的面形是互補；若疊加后的各光學(xué)元件的面形波像差矢量和的絕對值增大，則待裝調(diào)光學(xué)系統(tǒng)各光學(xué)元件的面形是非互補的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于波像差檢測的光學(xué)系統(tǒng)面形補償裝調(diào)方法，其特征在于所述步驟幻中對待裝調(diào)光學(xué)系統(tǒng)各光學(xué)元件的空間位置進行調(diào)整的方式是對待裝調(diào)光學(xué)系統(tǒng)各光學(xué)元件進行平移、旋轉(zhuǎn)或傾斜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于波像差檢測的光學(xué)系統(tǒng)面形補償裝調(diào)方法，該方法包括以下步驟1)檢測待裝調(diào)光學(xué)系統(tǒng)各光學(xué)元件的面形波像差；2)根據(jù)等光程原則，判斷待裝調(diào)光學(xué)系統(tǒng)的各光學(xué)元件的面形是否存在互補，若是，則直接退出待裝調(diào)光學(xué)系統(tǒng)的裝調(diào)過程；若否，則進行步驟3)；3)對待裝調(diào)光學(xué)系統(tǒng)各光學(xué)元件的空間位置進行調(diào)整，使其實現(xiàn)元件面形波像差互補。本發(fā)明提供了一種針對性強、實現(xiàn)迅捷、操作簡便以及實用性強的基于波像差檢測的光學(xué)系統(tǒng)面形補償裝調(diào)方法。
文檔編號G01M11/02GK102368114SQ201110361259
公開日2012年3月7日 申請日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者付興, 李華, 段學(xué)霆, 王鵬, 陳建軍 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所