[发明专利]衍射元件的计算机辅助对心装校装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于高精度光机系统装校技术领域，涉及一种折衍混合成像系统中衍射元件的计算机辅助对心装校方法及装置的改进和创新。

背景技术

折衍混合成像系统中，用衍射元件替代传统光学元件，可以明显减少光学元件的使用数目，使系统结构简单、体积小、重量轻。利用衍射元件灵活的波前调制能力、高设计自由度以及位相变换特性，折衍混合成像系统可以有效校正色差、球差、像散等像差，获得比传统光学系统更好的像质。折衍混合成像系统的出现使轻小型、阵列化、集成化光机系统的应用成为现实。

通常性能越好的折衍混合成像系统其衍射元件的对心精度要求越高，故衍射元件的对心装校是实现高性能折衍混合成像系统的关键。现有的光学元件对心装校方法要用手动方式调节镜片位移，精度和效率较低。另外，现有光学元件对心装校方法需要人眼主观判读光学元件的球心像，而衍射元件表面具有微细结构，无法产生用于对心的球心像。因此，现有光学元件对心装校方法不适用于衍射元件的高精度对心装校。

发明内容

本发明目的是解决传统的光学元件对心装校中需要人眼主观判读元件用于对心的球心像，而衍射元件无法产生球心像；传统光学元件对心装校中需要手动调节镜片位移，误差大且效率低的技术问题，为解决以上问题，本发明提供一种折衍混合成像系统中衍射元件的计算机辅助对心装校方法及装置。

本发明第一方面提供一种折衍混合成像系统中衍射元件的计算机辅助对心装校装置，所述装置包括：车床主轴、位置传感器、卡盘、专用夹具、驱动器、螺纹压圈、镜座、硅胶、衍射元件、车床导轨、车刀、对心检测单元组成对心装校装置，对心检测单元包括分化板、超长工作距显微物镜、光源、半反半透镜、CCD相机、CCD成像透镜组、计算机、十字标记；其中：

位置传感器，安置于卡盘中心位置，位置传感器用于记录卡盘中心位置实时变化值；

卡盘，与车床主轴同轴线安装，卡盘具有一个与主轴线垂直的垂直面；

专用夹具，由卡盘的四个爪夹持在卡盘中间的位置，专用夹具的底端面靠在卡盘的垂直面上，专用夹具的上端面与镜座一端的螺纹连接；

四个驱动器，均匀布置在卡盘的圆柱面上，用以驱动卡盘；

螺纹压圈，与镜座通过自身螺纹旋紧，将衍射元件固定在镜座和压圈之间；

硅胶，注在镜座径向的孔里；

车床导轨，在主轴的下方，且与主轴平行；

十字标记，利用车刀浮雕在衍射元件的表面同心圆的中心；

超长工作距显微物镜、分化板、半反半透镜、光源、CCD成像透镜组、CCD相机与车床主轴同轴线且依次安装在车床导轨上；

超长工作距显微物镜，放置于衍射元件附近，用于观测分化板上十字图形经衍射元件的衍射面反射的像、以及衍射元件中心的十字标记；

分化板上有十字图形，该十字图形被超长工作距显微物镜投影到衍射元件衍射面上，并被衍射面反射后成像在CCD相机，通过成像情况判断衍射元件的衍射面是否精确定位在长工作距显微物镜的焦面上；

半反半透镜，将光源的照明光反射到分化板和衍射元件上；

CCD成像透镜组，将超长工作距显微物镜观测到的像投影到CCD相机上；

计算机，分别与四个驱动器连接，用于微量控制卡盘在水平和垂直方向的位移，以改变衍射元件上十字标记相对于主轴轴线的位置；

计算机，连接位置传感器，读取位置传感器反馈的卡盘中心位置实时变化值自动调节卡盘，调节到所需实时变化值范围内之后自动停止；

计算机的端口与CCD相机的端口连接；CCD相机单帧采集衍射元件上的十字标记旋转一圈N个位置的图像信息并传送给计算机，计算机经过图像处理得出衍射元件上十字标记旋转一圈的轨迹半径值，并自动求出对心偏差值，N为整数。

本发明第二方面提供一种衍射元件的计算机辅助对心装校的方法，所述对心装校的步骤如下：

步骤S1：通过光刻技术在衍射元件中心加工出用于对心的十字标记，所述十字标记不影响成像且不会产生杂散光；

步骤S2：将镜座径向打孔，并通过孔注硅胶和安装螺纹压圈的方式，将中心有十字标记的衍射元件固定到镜座中，镜座径向留有车削余量；

步骤S3：将带衍射元件的镜座用专用夹具固定在卡盘上；