[发明专利]基于平面干涉原理的平行光管分划板高精度装调方法

说明书

技术领域

本发明属于光学检测与装调技术领域，具体涉及一种基于平面干涉原理的平行光管分划板高精度装调方法。

背景技术

平行光管通过光学系统将位于其焦平面上的各类分化目标成像至无穷远，用以模仿具有不同光谱特性、辐射特性、几何特性的光学目标，是光学参数检测、标定、成像质量评价所使用的核心检测器具。其中分划板是将特定的几何图形采用光刻方法复制在玻璃基板上，通过平行光管的光学系统成像至无穷远而实现光学参数检测。根据平行光管的工作原理，只有当分划板的图形和图案刻划表面位于平行光管光学系统焦平面内，其出射光束才具备平行光束的特征，模拟的是无穷远光学目标。分划板在焦面内的装调精度直接决定平行光管的适用范围与基本性能。常规的平行光管分划板定焦方法包括五棱镜扫描法、道口阴影法、自准直法、最大灰度对比度法，以及采用球面干涉仪配合平面反射镜的自准直定标法。前几种测试方法需要人工判读离焦量，并且无法定量测出分划板的失调量，实验室条件下可以实现100μm左右的分划板焦面装调精度。自准直定标法采用球面干涉仪与平行光管、平面反射镜构成自准直干涉光路，在装调过程中需要对分划板进行一次翻转，定焦精度受机械复位精度影响，其分划板定焦精度可提高至10μm。当平行光管焦距为待测光学系统焦距的3～5倍时，上述定焦方法均可满足平行光管的使用要求与测试精度要求。但当所用平行光管焦距与待测光学系统焦距相当甚至略小时，根据放大倍率公式与焦深公式，采用上述方法的分划板焦面装调精度将无法满足平行光管的使用要求。

在光学检测实验中配合平行光管使用的分划板主要包括用于焦距检测的波罗板，它由数组依据一定间隔排列的竖线刻划在玻璃基板上；用于准直测量的十字丝分划板，它由一组十字交叉型竖线刻划在玻璃基板上；用于成像质量检测的分辨率板或黑白条纹板，前者根据国家标准在玻璃基板上刻划数组由间隔条纹构成的分辨率检测图案，后者在玻璃基板上刻划有特定空间频率的黑白条纹线对。常规分划板反射率较低，难以找到分划板的几何中心。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于平面干涉原理的平行光管分划板高精度装调方法，该方法解决了现有的平行光管分划板定焦精度无法满足平行光管焦距与待测光学系统焦距相当使用条件下，定焦精度较低、无法定量判读的技术问题。通过本发明，可以将分划板图形刻划面装调至与平行光管光学系统最佳焦平面偏差在±2μm范围内，确保焦距与待测光学系统焦距相当的平行光管可用于光学系统的高精度检测和标定。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

基于平面干涉原理的平行光管分划板高精度装调方法，该方法包括如下步骤：

步骤一：首先将一相对孔径大于等于平行光管相对孔径的球面反射镜根据其理论焦距值摆放在平行光管的焦面附近，将与平行光管口径相当的平面干涉仪摆放至平行光管的出口处，使平面干涉仪出射的平行光束经过平行光管光学系统聚焦至平行光管的焦面上；

步骤二：观察干涉条纹，对平面干涉仪与球面反射镜的姿态与相对位置进行调整，直到出现零级干涉条纹且波像差最小，确定球面反射镜、平行光管和平面干涉仪共光轴，球面反射镜焦点与平行光管轴上焦点齐焦；

步骤三：将分化板安装至平行光管焦面上的调焦机构内，使刻划有目标图案的一侧朝向平面干涉仪，并将球面反射镜移出光路，微调调焦机构，将分划板中心与平面干涉仪发出并经平行光管聚焦后的汇聚光斑对正，然后微调分划板的俯仰角、方位角，并沿光轴方向对分划板进行前后离焦调整；

步骤四：对平面干涉仪采集的步骤三的干涉条纹进行计算，获得与波像差相关的Zernike系数，分划板的离焦量Δd与Zernike系数中的Power值、干涉光束口径D以及平行光管焦距f′的数学关系如下: