[发明专利]对利用光纤面板传像的同心光学系统的焦面装调方法

说明书

本发明提供了一种对利用光纤面板传像的同心光学系统的焦面装调方法，采用基于待调焦面猫眼反射的干涉检测技术，通过对干涉检测获取的波前信息进行解算，得到对应视场的离焦量。结合多个视场点的离焦量，得到待调焦面在空间三个正交方向上的偏心量。通过设计、加工等厚垫片和横向位移调整来消除离焦量，完成同心光学系统焦面的装调。本发明对待调焦面离焦量的检测采用的是干涉方法，不受检测人员视力等主观因素影响，具有检测精度高的优点。本发明在待调焦面装调过程中，能够实现焦面透镜在空间三个正交方向上偏心量的精确解算，只需要对待调焦面进行位移调整，不需要对待调焦面进行倾斜角的调整，有助于降低装调难度，提高装调效率。

技术领域

本发明属于光学装调技术领域，具体涉及对利用光纤面板传像的同心光学系统的焦面装调方法。

背景技术

同心光学系统是指光学系统中所有折射/反射表面和像面都是球面，且所有表面和像面的曲率中心重合的光学系统。同心光学系统由于不需要对场曲像差进行校正，可以极大程度上降低光学设计难度，缩减镜片数量，在大视场成像光学系统的设计中有着巨大的优势。

由于目前球形感光面的探测器的研制与应用还不成熟，所以一般需要将球像面转换成平像面来进行成像。一种常见的做法是通过光纤面板转接将球像面转换为平像面后，再用平面探测器接收成像[.J.A.Waidelich,Jr.,“Spherical lens imaging device,”U.S.patent 3,166,623(19.January 1965).][I.Stamenov,A.Arianpour,S.J.Olivas,I.P.Agurok,A.R.Johnson,R.A.Stack,R.L.Morrison,and J.E.Ford,“Panoramicmonocentric imaging using fiber-coupled focal planes,”Opt Express 22(26),31708-31721(2014).]。光纤面板是利用大量的光纤压制而成的具有传像功能的光学器件，两端可以抛光成平面或者球面。球像面转换为平像面的过程如下：将光纤面板的前端抛光成球面，其曲率半径与球像面相同，光纤面板的后端抛光成平面，与探测器贴合，利用光纤面板的传像功能实现平像场成像，如图1所示，光纤面板2的前端抛光成球面，其曲率半径与同心光学系统1的球像面相同，光纤面板2的后端抛光成平面，与探测器3贴合，利用光纤面板2的传像功能实现平像场成像。

还有一种方法是在同心光学系统的焦面处放置一片焦面透镜，焦面透镜后表面与系统像面重合，然后将光纤面板前表面抛光为球面，与焦面透镜后表面贴合；后表面抛光为平面，与探测器感光面贴合，实现平像场成像，如图2所示，同心光学系统1的作用是将目标物体成像在一个具有一定曲率半径的球面上；焦面透镜22的后表面与光学系统1球像面重合，光纤面板2的前表面抛光成与焦面透镜22后表面曲率半径相同的球面，并通过胶合等方法与之贴合。光纤面板2的后表面抛光成平面，与探测器3的感光面贴合，从而实现将弯曲像面转换成平像面成像的目的。

光学系统在装调中，如果探测器感光面不与光学系统的像面重合，就会带来离焦，导致成像模糊。对于常规的平像面光学系统，探测器的离焦量主要靠调节探测器与光学系统的轴向距离来保证，而垂直于光轴方向的平移不会带来离焦量。对于球像面的同心光学系统，光纤面板起到了传像作用，光纤面板的前表面或者焦面透镜的后表面等效为探测器的感光面，因此，对于这种球像面光学系统，焦面的装调实际上就是光纤面板或者焦面透镜的装调。由于光纤面板前表面或者焦面透镜后表面(统称待调焦面)具有一定的曲率，因此相比于平像面光学系统，球像面系统的焦面装调有其自身的难点：待调焦面沿着光轴方向和垂直于光轴方向的偏离都会带来离焦，焦面的装调需要同时消除轴向失调量和垂直于轴向的偏心量。