本發(fā)明涉及一種基于檢測波前編碼系統(tǒng)的光子篩對準(zhǔn)方法，屬于光學(xué)檢測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

波前編碼器件是一種非旋轉(zhuǎn)式非球面，具有各個方向的光焦度和面型凹凸程度均不同的光學(xué)特性。該器件為波前編碼系統(tǒng)的核心元件。它利用其獨(dú)特的光學(xué)特性對波前進(jìn)行相位編碼，從而起到擴(kuò)展景深的作用。所以，波前編碼系統(tǒng)的高精度檢測是實際應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是其高精度加工的基礎(chǔ)與保證。在球面鏡誤差檢測時，由于通過背測球面在球面鏡面型誤差檢驗時,因為通過被測球面球心的任一直線都是球面的旋轉(zhuǎn)對稱軸線,所以球面檢驗時只要將被測球面的球心與標(biāo)準(zhǔn)球面波通常由點光源或參考面反射的像點產(chǎn)生的球心調(diào)整到相重合就可以了,不存在彼此光軸傾斜偏心的問題。如果采用自準(zhǔn)式光路檢測時,只要調(diào)整被測球面反射的像點與點光源本身重合就可以了。但在非球面系統(tǒng)檢測中,由于非球面只有唯一的一條旋轉(zhuǎn)對稱軸線,所以非球面系統(tǒng)檢驗時不僅要求主全息與波前編碼系統(tǒng)的頂點曲率中心重合且旋轉(zhuǎn)對稱軸線重合,而且要求保證兩者的旋轉(zhuǎn)對稱軸線也彼此重合。

所以由于主全息不準(zhǔn)會引入的離焦、傾斜及偏心誤差，針對上述問題，引入一種新的對準(zhǔn)方法來消除上述的誤差，顯然是有必要的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種基于檢測波前編碼系統(tǒng)的光子篩對準(zhǔn)方法，通過控制光子篩篩孔的位置分布得到任意的位相分布，即得到任意的非球面波前。

為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于檢測波前編碼系統(tǒng)的光子篩對準(zhǔn)方法，在主全息外圍加入光子篩，將光子篩放在匯聚光路中，通過觀察光子篩的干涉條紋，采用計算全息法對波前編碼系統(tǒng)相位進(jìn)行反向調(diào)制，使得主全息與波前編碼系統(tǒng)的頂點曲率中心重合且旋轉(zhuǎn)對稱軸線重合，實現(xiàn)主全息的精確定位。

上述光子篩滿足：，其中f為光子篩的焦距，(x,y)為光子篩每個篩孔的位置，n為光子篩的環(huán)帶數(shù)。

由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點：

本發(fā)明通過在主全息外圍設(shè)計了一個光子篩作為檢測波前編碼系統(tǒng)的對準(zhǔn)系統(tǒng)，觀察通過光子篩的干涉條紋判斷主全息板是否存在離焦、偏心及傾斜，從而實現(xiàn)主全息的精確定位。

附圖說明

圖1是初始卡塞格林系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖2是初始系統(tǒng)mtf圖。

圖3是初始系統(tǒng)點列圖。

圖4是初始系統(tǒng)波前圖。

圖5是波前編碼卡塞格林系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖6是波前編碼系統(tǒng)mtf圖。

圖7是波前編碼系統(tǒng)點列圖。

圖8是波前編碼系統(tǒng)波前圖。

圖9是光子篩結(jié)構(gòu)圖。

圖10是插入光子篩后波前編碼卡塞格林系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖11是插入cgh后mtf圖。

圖12是插入cgh后點列圖。

圖13是插入cgh后波前圖。

其中：1、主鏡；2、次鏡；3、光子篩。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

實施例一：本實施例將光子篩應(yīng)用到檢測系統(tǒng)的對準(zhǔn)中，以波前編碼卡塞格林系統(tǒng)為例，詳細(xì)給出了檢測系統(tǒng)的設(shè)計。以口徑100mm的波前編碼卡塞格林系統(tǒng)為例，檢測系統(tǒng)的模擬殘余波像差的峰谷值為18.4829，均方根為3.8282。針對波前編碼系統(tǒng)檢測過程中需要保證主全息與波前編碼系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)對稱軸線重合，在主全息外圍設(shè)計了一個光子篩作為檢測系統(tǒng)的對準(zhǔn)系統(tǒng)。

本實施例的基本原理如下：圖1為初始卡塞格林兩反系統(tǒng)，其焦距為10000mm，口徑100mm，圖2為編碼前調(diào)制傳遞函數(shù)(mtf)，圖3為編碼前點列圖，其均方根半徑為0.405μm，圖4為編碼前波前圖。

在卡塞格林系統(tǒng)的次鏡上疊加三次面形，得到合成式編碼器件的面形方程：

當(dāng)相位調(diào)制因子α=22π時，可以得到三次面形系數(shù)ξ=0.00479。

圖5為波前編碼卡塞格林兩反系統(tǒng)，圖6為編碼后調(diào)制傳遞函數(shù)(mtf)，圖7為編碼后點列圖，其均方根半徑為194.072μm，圖8為編碼后波前圖，此時編碼后的模擬殘余波像差的峰谷值為18.4829，均方根為3.8282。

針對波前編碼系統(tǒng)檢測過程中需要保證主全息與波前編碼系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)對稱軸線重合，在主全息外圈設(shè)計了一個光子篩作為檢測系統(tǒng)的對準(zhǔn)環(huán)，可以消除由于主全息定位不準(zhǔn)所引入的離焦、傾斜及偏心誤差，觀察通過光子篩的干涉條紋可判斷主全息板是否存在離焦、偏心及傾斜，從而實現(xiàn)主全息的精確定位。圖3為用于檢測的主全息以及對準(zhǔn)光子篩結(jié)構(gòu)示意圖。其中，光子篩為設(shè)計的透光篩孔，通過控制光子篩篩孔的位置分布得到任意的位相分布，即得到任意的非球面波前。

本實施例的仿真如下：在不改變波前編碼卡塞格林系統(tǒng)參數(shù)的前提下，加入衍射光學(xué)器件，通過在zemax設(shè)計軟件中距離主鏡65mm處插入一個binary1面型，將該面型的三次、四次及五次相位系數(shù)作為優(yōu)化變量，優(yōu)化主全息的相位系數(shù)，來對波前編碼系統(tǒng)的相位進(jìn)行反向調(diào)制，補(bǔ)償波前編碼系統(tǒng)的剩余波像差，調(diào)制后的對準(zhǔn)光子篩結(jié)構(gòu)如圖9，

檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖10所示，圖10為衍射器件，例如cgh，檢測波前編碼系統(tǒng)的二維光路圖，衍射器件放在匯聚光路中，主全息的歸一化直徑為7mm，到主鏡和次鏡的間距依次是65mm、225mm，統(tǒng)長為288.15mm，圖11為檢測系統(tǒng)的mtf圖，與原卡塞格林系統(tǒng)的mtf基本保持一致；圖12為檢測系統(tǒng)的點列圖，像面上的彌散斑在愛里斑之內(nèi)，均方根半徑為0.368μm，相對于波前編碼卡塞格林系統(tǒng)的彌散斑直徑194.072μm減小很多，與初始卡塞格林系統(tǒng)的彌散斑尺寸0.405μm相比小一點，基本達(dá)到檢測要求；圖13為檢測系統(tǒng)波前圖，從圖13中可以知道系統(tǒng)的殘余波像差pv值為0.04λ，rms為0.009λ。

綜上，光子篩的結(jié)構(gòu)為易于操控的篩孔，可以通過控制光子篩篩孔的位置分布得到任意的位相分布，即得到任意的非球面波前。針對檢測波前編碼系統(tǒng)的主全息對準(zhǔn)問題，本實施例提出一種新的對準(zhǔn)方法，將光子篩應(yīng)用到檢測系統(tǒng)的對準(zhǔn)中。針對波前編碼系統(tǒng)，本實施例以波前編碼卡塞格林系統(tǒng)為例，詳細(xì)給出了從檢測系統(tǒng)的設(shè)計。以口徑100mm的波前編碼卡塞格林系統(tǒng)為例，檢測系統(tǒng)的模擬殘余波像差的峰谷（pv）值為18.4829，均方根（rms）為3.8282，具體計算過程如下：，，其中，為波前。針對波前編碼系統(tǒng)檢測過程中需要保證主全息與波前編碼系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)對稱軸線重合，在主全息外圍設(shè)計了一個光子篩作為檢測系統(tǒng)的對準(zhǔn)系統(tǒng)，觀察通過光子篩的干涉條紋判斷主全息板是否存在離焦、偏心及傾斜，從而實現(xiàn)主全息的精確定位。

因此，本實施例的波前編碼卡塞格林兩反系統(tǒng)參數(shù)如下：系統(tǒng)的焦距為10m，f數(shù)為10，主鏡的曲率半徑為-448.894mm，conic系數(shù)為-1，次鏡的曲率半徑為-166.5mm，conic系數(shù)為-2.4965，次鏡上疊加三次面形，其面形系數(shù)為，即。cgh的位置離主鏡和次鏡的間距依次是65mm、225mm，cgh的面形如下表：

將衍射補(bǔ)償元件計算全息圖（cgh）應(yīng)用到波前編碼系統(tǒng)的檢測中，采用計算全息法，對整個波前編碼系統(tǒng)的波前進(jìn)行反向調(diào)制，以口徑100mm的波前編碼卡塞格林系統(tǒng)為例，檢測系統(tǒng)的模擬殘余波像差的峰谷值為18.4829，均方根為3.8282。在波前編碼系統(tǒng)中添加cgh對波前編碼系統(tǒng)進(jìn)行相位補(bǔ)償，補(bǔ)償后的系統(tǒng)的殘余波像差pv值為0.04λ，rms為0.009λ，將三次編碼后的波前補(bǔ)償為球面波，驗證了計算全息圖對波前編碼系統(tǒng)檢測的可行性。并且在cgh外圈設(shè)計了一個光子篩作為檢測系統(tǒng)的對準(zhǔn)環(huán)，觀察通過光子篩的干涉條紋可判斷主全息板是否存在離焦、偏心及傾斜，從而實現(xiàn)主全息的精確定位。