帶倍率微調(diào)機(jī)構(gòu)的哈特曼傳感器中繼鏡頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種帶倍率微調(diào)機(jī)構(gòu)的哈特曼傳感器中繼鏡頭，屬于光電探測及自適 應(yīng)光學(xué)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 哈特曼傳感器是一種通過測量波前斜率來獲得波前的相位信息光學(xué)測量設(shè)備，是 自適應(yīng)光學(xué)、主動光學(xué)、激光光束檢驗(yàn)等領(lǐng)域中最重要的波前探測儀器。
[0003] 如圖1所示，哈特曼傳感器由微透鏡陣列、中繼鏡頭、CCD相機(jī)及相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集 處理系統(tǒng)組成。其中，中繼鏡頭用于將微透鏡形成的點(diǎn)斑圖像按照一定的放大倍率成像到 相機(jī)靶面上，實(shí)現(xiàn)微透鏡尺寸和相機(jī)像素之間的匹配。尤其在自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)波前探測中， 微透鏡與像素之間的匹配最為重要，原因是自適應(yīng)光學(xué)的校正對象是大氣擾動引起的波前 誤差，校正頻率要求很高，為了提高哈特曼波前傳感器的讀出速度，傳感器使用的CCD相機(jī) 應(yīng)具有盡量少的像素?cái)?shù)，這限制了單個子孔徑所成點(diǎn)斑在 CCD上的采樣率，一般單個點(diǎn)斑 所占象元數(shù)在2X2左右，甚至更少。對于如此低的采樣率，為了使各子孔徑點(diǎn)斑質(zhì)心計(jì)算 不受離散采樣的影響，必須保證各點(diǎn)斑的像素采樣情況一致，也就要求單個子孔徑尺寸所 占像素?cái)?shù)嚴(yán)格為整數(shù)，稍有偏差則將使點(diǎn)斑一致性受到影響，限制哈特曼傳感器的測量精 度，甚至無法進(jìn)行測量。
[0004] 如圖2所示，為實(shí)際倍率與設(shè)計(jì)倍率誤差僅為3. 33%時(shí)的點(diǎn)斑采樣情況示意圖， 圖中小方格表示CCD像素，大圓表示單個子孔徑對應(yīng)的靶面位置，圖2 (a)中小圓表示點(diǎn)斑 在靶面上的真實(shí)位置，圖2(b)為點(diǎn)斑經(jīng)過離散采樣后的情況。可以看出由于倍率誤差，使 子孔徑尺寸所占像素?cái)?shù)不為整數(shù)，經(jīng)過CCD象元的離散采樣后點(diǎn)斑形狀發(fā)生不規(guī)則變化， 將影響質(zhì)心計(jì)算精度。
[0005] 目前的哈特曼傳感器中繼鏡頭均為固定倍率鏡頭，盡管倍率嚴(yán)格按照微透鏡尺寸 與CCD像素尺寸匹配進(jìn)行設(shè)計(jì)，但由于加工、裝調(diào)誤差，使系統(tǒng)最終的倍率與設(shè)計(jì)值具有一 定量的偏差。尤其是光學(xué)加工誤差不可避免，且一般無法通過簡單的間隔調(diào)整使倍率誤差 得到補(bǔ)償，因而必將影響哈特曼傳感器的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明為克服傳統(tǒng)哈特曼傳感器中繼鏡頭倍率固定的缺點(diǎn)，提出帶倍率微調(diào)機(jī)構(gòu) 的哈特曼傳感器中繼鏡頭，通過調(diào)整組件實(shí)現(xiàn)放大倍率的微量調(diào)整，補(bǔ)償由于加工、裝調(diào)誤 差產(chǎn)生的倍率偏差，保證微透鏡尺寸與(XD像素尺寸嚴(yán)格匹配。
[0007] 本發(fā)明的解決技術(shù)問題的方案是：
[0008] 帶倍率微調(diào)機(jī)構(gòu)的哈特曼傳感器中繼鏡頭，其特征是，
[0009] 該中繼鏡頭內(nèi)的前組元、后組元及調(diào)節(jié)組元安裝在中繼鏡筒內(nèi)，前組元由前組元 壓圈固定，后組元透鏡安裝在后組元座內(nèi)，并由后組元壓圈固定，調(diào)節(jié)組元透鏡安裝在調(diào)節(jié) 組元座上，由調(diào)節(jié)組元壓圈固定，通過撥動調(diào)節(jié)組元撥柱可前后移動調(diào)節(jié)組元透鏡，實(shí)現(xiàn)中 繼鏡頭倍率的微調(diào)，調(diào)整到準(zhǔn)確位置后，擰緊調(diào)節(jié)組元緊定螺釘實(shí)現(xiàn)調(diào)整組元的固定。
[0010] 前組元為光焦度為正的負(fù)、正雙膠合透鏡，其中負(fù)透鏡為彎月形透鏡，正透鏡為雙 凸形透鏡；后組元為光焦度為正的正、負(fù)雙膠合透鏡，其中正元件為雙凸形透鏡，負(fù)元件為 彎月形透鏡；倍率調(diào)節(jié)組元為光焦度為正的彎月形透鏡。
[0011] 前組元與后組元的間隔為前、后組元焦距之和；倍率調(diào)焦組元位于前、后組元中 間，其與前、后組元的間隔分別為前后組元的焦距值。
[0012] 前組元中負(fù)透鏡通過前組元壓圈緊密接觸固定。
[0013] 后組元中負(fù)透鏡通過后組元壓圈緊密接觸固定。
[0014] 本發(fā)明的有益效果是：由于倍率調(diào)節(jié)組元上光線高度低，因此其前后移動不影響 光線傳播角度，從而在調(diào)整過程中能夠始終保持像方遠(yuǎn)心，使點(diǎn)斑質(zhì)心測量精度不受微透 鏡與鏡頭、鏡頭與相機(jī)的軸向位置誤差影響。
【附圖說明】
[0015] 圖1為傳統(tǒng)的哈特曼中繼鏡頭原理。
[0016]圖2為子孔徑所占像素?cái)?shù)不為整數(shù)時(shí)點(diǎn)斑在CCD相機(jī)靶面上的采樣情況。
[0017]圖3為本發(fā)明帶倍率微調(diào)機(jī)構(gòu)的哈特曼傳感器中繼鏡頭結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖4為實(shí)施例高斯光學(xué)結(jié)構(gòu)圖，倍率從0. 7~0. 72~0. 74變化時(shí)，倍率調(diào)節(jié)組元 高斯光學(xué)位置的對比。
[0019] 圖5為帶倍率微調(diào)機(jī)構(gòu)的哈特曼傳感器中繼鏡頭實(shí)際光路結(jié)構(gòu)，倍率從0. 7~ 0. 72~0. 74變化時(shí)，實(shí)際光路結(jié)構(gòu)的對比。
[0020] 圖6為中繼光學(xué)系統(tǒng)分別在倍率0. 7、0. 72、0. 74三個位置時(shí)的不同物面高度下的 點(diǎn)列圖。
[0021] 圖7為中繼光學(xué)系統(tǒng)分別在倍率0. 7、0. 72、0. 74三個位置時(shí)畸變曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0023] 如圖3所示，帶倍率微調(diào)機(jī)構(gòu)的哈特曼傳感器中繼鏡頭，該中繼鏡頭內(nèi)的前組元 2、后組元10及調(diào)節(jié)組元5安裝在中繼鏡筒3內(nèi)，前組元2由前組元壓圈1固定，后組元10 安裝在后組元座9內(nèi)，并由后組元壓圈11固定，調(diào)節(jié)組元透鏡5安裝在調(diào)節(jié)組元座7上，由 調(diào)節(jié)組元壓圈4固定，通過撥動調(diào)節(jié)組元撥柱8可前后移動調(diào)節(jié)組元透鏡5,實(shí)現(xiàn)中繼鏡頭 倍率的微調(diào)，調(diào)整到準(zhǔn)確位置后，擰緊調(diào)節(jié)組元緊定螺釘6實(shí)現(xiàn)調(diào)整組元的固定。
[0024] 前組元2為光焦度為正的負(fù)、正雙膠合透鏡，其中負(fù)透鏡2-1為彎月形透鏡，正透 鏡2-2為雙凸形透鏡；后組元10為光焦度為正的正、負(fù)雙膠合透鏡，其中正元件10-1為雙 凸形透鏡，負(fù)元件10-2為彎月形透鏡；倍率調(diào)節(jié)組元5為光焦度為正的彎月形透鏡。
[0025] 前組元2中負(fù)透鏡2-1通過前組元壓圈1緊密接觸固定；后組元10中的透鏡安裝 在后組元座9內(nèi)，通過后組元壓圈11與負(fù)透鏡10-2緊密接觸固定。
[0026] 前組元2與后組元10的間隔為前、后組元焦距之和；倍率調(diào)焦組元5位于前、后組 元中間，其與前、后組元的間隔分別為前后組元的焦距值。
[0027] 實(shí)施例：
[0028] 帶倍率微調(diào)機(jī)構(gòu)的哈特曼傳感器中繼鏡頭，參數(shù)及技術(shù)要求為：
[0029] (1)微透鏡陣列子孔徑尺寸：0? 2