[发明专利]一种用于光学元件在光轴方向位置对准的装置与方法

说明书

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，具体涉及的是一种被测光学元件在光轴方向位置的对准方法。

背景技术

在一些光学元件的检测中，例如Hindle球检验次镜，被测光学元件光轴方向的对准精度对检测结果的准确性有很大影响，所以采用适当的对准方法实现被测光学元件在光轴方向的精确对准在检测过程中显得尤为重要。采用干涉条纹对被测光学元件的空间位置进行监控，其对准精度能够达到波长量级。

Arizona的Rene Zehnder等人(Rene Zehnder，James H.Burge，Chunyu Zhao.“Use of computer generated holograms for alignment of complex null correctors”.Proc.of SPIE Vol.6273,2006：63732S-1～63732S-8)提出了一种利用十字丝的对准标记确定光学元件空间位置的方法，该方法利用衍射效应，指定位置生成十字丝的对准标记，用于光学元件的对准。这种对准方法已经广泛应用于光学元件的检测对准之中，但由于其光轴方向的景深问题，很难实现光轴方向的精确对准；另外，苏州大学的洪小苗等人(洪小苗，郭培基，“基于圆光栅莫尔条纹的CGH元件对准”，激光杂志，33(4)，2012：22-24)提出了一种基于圆光栅莫尔条纹的CGH元件对准方法。该方法基于圆光栅莫尔条纹法，采用两组光栅周期相近的圆光栅，利用其重叠产生莫尔条纹，通过莫尔条纹图来指导调节CGH元件的位置，实现其对准。但此方法仅仅能实现CGH元件自身的对准，不能实现被测光学元件的对准。

本方法借用球面检测中的“猫眼”位置确定方法，利用计算全息图人为的生成一个类似“猫眼”的焦点位置，采用干涉条纹图作为调整依据。此种方法能对被测光学元件的光轴方向的位置进行精确调整，实现波长量级的对准精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种被测光学元件在光轴方向位置的对准方法，该方法可以实现干涉仪与被测光学元件之间波长量级的对准。

为了达成所述目的，本发明一方面，提供一种用于光学元件在光轴方向位置对准的装置，所述装置包括干涉仪、标准镜头、计算全息图、小五维调整架、被测光学元件和大五维调整架，在干涉仪输出光束的光轴上依次放置标准镜头、计算全息图和被测光学元件，将计算全息图固定在小五维调整架上，将被测光学元件固定在大五维调整架上；将计算全息图放置在标准镜头的焦点后面的设计位置处，来自干涉仪内部的光束经过标准镜头后入射到计算全息图上，使发散球面波前变为会聚球面波前，在被测光学元件的光轴方向位置处形成一个会聚焦点；当会聚球面波前照射到被测光学元件上后，将沿着对称光路位置返回，从而使会聚球面波前与干涉仪中的参考波前形成干涉条纹，通过对干涉条纹的监控，调节大五维调整架，将被测光学元件的在光轴方向位置控制在波长量级，所述设计位置是在光学设计阶段，计算全息图所在位置。

为了达成所述目的，本发明另一方面，提供一种用于光学元件在光轴方向位置对准的方法，利用对准装置实现对准的步骤包括：

步骤S1：根据被测光学元件在光轴方向的位置要求，设计一块用于干涉仪与全息片对准的反射全息和用于形成会聚焦点的透射全息的计算全息图；

步骤S2：将计算全息图固定在小五维调整架上并将它们一起放置在标准镜头的焦点后面的位置，对干涉条纹进行监控，调节小五维调整架，将干涉条纹调至零条纹，即实现计算全息图与干涉仪的精确对准；

步骤S3：将被测光学元件固定在大五维调整架上并将它们一起放置在会聚焦点处，当会聚球面波前照射到被测光学元件上时，光波将按照对称光路位置反射，反射波前将与干涉仪中的参考波前形成干涉条纹，对干涉条纹进行监控，调节大五维调整架，将干涉条纹调至“猫眼”的条纹形状，即实现被测光学元件在光轴方向位置的达到波长量级对准精度；

步骤S4：当干涉仪与被测光学元件已经对准之后，将大五维调整架进行固定，然后移除计算全息图，这时再利用干涉仪对被测光学元件进行检测，且计算全息图不影响检测光路。

本发明与现有技术相比的优势在于：

1)本发明为被测光学元件在光轴方向的位置对准提供了一种新的方法；

2)本发明用干涉条纹监控对准精度，可以实现波长量级的对准；