专利名称：基于波像差检测的光学系统面形补偿装调方法
技术领域：
本发明属光学工程领域，涉及一种光学系统的装调方法，尤其涉及一种基于波像差检测的光学系统面形补偿装调方法。
背景技术：
影响光学系统象质的误差主要来自光学、机械两方面。光学方面的误差主要是由于受加工工艺水平的限制，引起的曲率半径、厚度、偏心等偏差。这些偏差在元件加工完成后就不可更改，但通过计量检测可以知道其确定的偏差值。机械方面的误差主要是机械零件加工同轴度、垂直度等低于设计要求，而使装配进去的光学元件面形精度降低，产生位移、偏心、倾斜等。光机加工、装调中的误差可以概括为元件的厚度偏差、位移、偏心、倾斜等。它们对光学系统像质的影响作用是不相同的。当光学元件存在位移、厚度偏差时，主要影响对称性像差，使像点的弥散增大。系统存在偏心、倾斜则导致非对称性的像差，对于轴上点而言，有中心慧差和垂轴色差，使得像点的衍射环失去对称性，而且带有非对称性颜色。在偏心较严重的情况下，还会在视场的中心看到两条分开的焦线，即中心像散。同时， 轴外像点出现像散和非对称性的畸变。所有这些加工、装配带来的误差对光学系统象质的综合影响表现为分辨率降低、畸变增大、像点的弥散斑增大、传递函数降低等。此时，通过对各光学元件的空间相对位置的微调，可以补偿由于制造误差引进的像差，提高实际系统装配后的成像质量。经典的补偿调整方法是基于光学、机械零件的几何计量与检测的补偿调整方法，该方法盲目性强，需要反复多次操作，而且需要有丰富经验的技术人员进行操作， 使用非常不方便，同时，该方法并未涉及大口径光学元件和系统经常进行的波像差检测以及由此带来的可能的基于等光程原理的波面补偿调整方法。
发明内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种针对性强、实现迅捷、操作简便以及实用性强的基于波像差检测的光学系统面形补偿装调方法。本发明的技术解决方案是本发明提供了一种基于波像差检测的光学系统面形补偿装调方法，其特殊之处在于所述基于波像差检测的光学系统面形补偿装调方法包括以下步骤1)检测待装调光学系统各光学元件的面形波像差；2)根据等光程原则，判断待装调光学系统的各光学元件的面形是否存在互补，若是，则直接退出待装调光学系统的装调过程；若否，则进行步骤3)；3)对待装调光学系统各光学元件的空间位置进行调整，使其实现元件面形波像差互补。上述步骤2、中面形互补的判断方式是2. 1)将步骤1)中已经得到的待装调光学系统各光学元件的面形波像差进行矢量叠加，并得到叠加后的各光学元件的面形波像差矢量和；
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2. 2)若叠加后的各光学元件的面形波像差矢量和的绝对值减小，则待装调光学系统各光学元件的面形是互补；若叠加后的各光学元件的面形波像差矢量和的绝对值增大， 则待装调光学系统各光学元件的面形是非互补的。上述步骤；3)中对待装调光学系统各光学元件的空间位置进行调整的方式是对待装调光学系统各光学元件进行平移、旋转或倾斜。本发明的优点是本发明提供了一种基于波像差检测的光学系统面形补偿装调方法，该方法采用当系统中各光学元件的几何失调量为零时，如果仅存在光学元件的面形误差，则系统最终像面的波像差将由各光学元件的面形波像差唯一决定的原理，在不改变光学系统其它结构关系的前提下，通过旋转等简单调整操作，可以将光学系统内光学零件面形误差调整达到相互间的波像差互补关系，从而达到优化系统波像差从而提高系统成像质量的目的，其装调过程简单可控，操作简单，实用性强。
图1是本发明提供的装调方法的装调过程示意图。
具体实施例方式本发明的原理是光在任意介质中从一点传播到另一点时，沿所需时间最短的路径传播，该原理又称最小时间原理或极短光程原理，这是法国数学家费马(Pierre de Fermat)于1657年首先提出的费马原理(Fermat' s Principle)。费马原理是几何光学中的一条重要原理，由此原理可证明光在均勻介质中传播时遵从的直线传播定律、反射和折射定律，以及傍轴条件下光学系统的等光程性等。因此所有的成像光学系统的设计过程都遵循等光程性原则。依据上述原理，本发明提供了一种基于波像差检测的光学系统面形补偿装调方法，该方法包括以下步骤1)检测待装调光学系统各光学元件的面形波像差；2)根据等光程原则，判断待装调光学系统的各光学元件的面形是否存在互补，若是，则直接退出待装调光学系统的装调过程；若否，则进行步骤3)其互补的判断过程是2. 1)将步骤1)中已经得到的待装调光学系统各光学元件的面形波像差进行叠加，并得到叠加后的各光学元件的面形波像差矢量和；2. 2)若叠加后的各光学元件的面形波像差矢量和之绝对值减小，则待装调光学系统各光学元件的面形是互补；若叠加后的各光学元件的面形波像差矢量和之绝对值增大， 则待装调光学系统各光学元件的面形是非互补的。3)对待装调光学系统各光学元件的空间位置进行平移、旋转和/或倾斜等的调整，使待装调光学系统的各光学元件的面形达到互补。参见图1，本发明以图1所示的光学系统为例对本发明所提供的基于波像差检测的光学系统面形补偿装调方法进行详细的说明。在图1中，该光学系统包括主镜、次镜、物点0以及像点I，其中，实线表示理想状态下各光学元件的面形结构示意图；虚线表示实际得到的各光学元件的实测面形结构示意图；当主镜的面形波像差为Wmain(也就是虚线所表示的面形波像差)，次镜面形波像差为Iec (也就是虚线所表示的面形波像差)时，物点0发出的球面波W。与像点I处的波像差W1可表达为W1 = ff0+kfflfffflain+ksffsec其中km为主镜面到次镜面的光瞳放大倍率，ks为次镜面到像面的光瞳放大倍率， 均由系统结构参数决定，则根据等光程设计原则，主镜和次镜的面形误差存在互补关系。也就是说，假设当系统中各光学元件的几何失调量为零时，如果仅存在光学元件的面形误差， 则系统最终像面的波像差将由各光学元件的面形波像差唯一决定。
权利要求
1.一种基于波像差检测的光学系统面形补偿装调方法，其特征在于所述基于波像差检测的光学系统面形补偿装调方法包括以下步骤1)检测待装调光学系统各光学元件的面形波像差；2)根据等光程原则，判断待装调光学系统的各光学元件的面形是否存在互补，若是，则直接退出待装调光学系统的装调过程；若否，则进行步骤3)；3)对待装调光学系统各光学元件的空间位置进行调整。
2.根据权利要求1所述的基于波像差检测的光学系统面形补偿装调方法，其特征在于所述步骤2)中面形互补的判断方式是2. 1)将步骤1)中已经得到的待装调光学系统各光学元件的面形波像差进行叠加，并得到叠加后的各光学元件的面形波像差矢量和；2.2)若叠加后的各光学元件的面形波像差矢量和的绝对值减小，则待装调光学系统各光学元件的面形是互补；若叠加后的各光学元件的面形波像差矢量和的绝对值增大，则待装调光学系统各光学元件的面形是非互补的。
3.根据权利要求1或2所述的基于波像差检测的光学系统面形补偿装调方法，其特征在于所述步骤幻中对待装调光学系统各光学元件的空间位置进行调整的方式是对待装调光学系统各光学元件进行平移、旋转或倾斜。
全文摘要
本发明涉及一种基于波像差检测的光学系统面形补偿装调方法，该方法包括以下步骤1)检测待装调光学系统各光学元件的面形波像差；2)根据等光程原则，判断待装调光学系统的各光学元件的面形是否存在互补，若是，则直接退出待装调光学系统的装调过程；若否，则进行步骤3)；3)对待装调光学系统各光学元件的空间位置进行调整，使其实现元件面形波像差互补。本发明提供了一种针对性强、实现迅捷、操作简便以及实用性强的基于波像差检测的光学系统面形补偿装调方法。
文档编号G01M11/02GK102368114SQ201110361259
公开日2012年3月7日 申请日期2011年11月15日 优先权日2011年11月15日
发明者付兴, 李华, 段学霆, 王鹏, 陈建军 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所