用于检测三次位相板的新型零位补偿器的设计
检测三次位相板的反射式计算全息图的占空比
检测三次位相板的反射式计算全息图的占空比许英朝;张新;林洪沂;朱文章【摘要】Duty cycle of computer-generated hologram (CGH)must be calculated to obtain an optimal contrast of the interference fringe patternin testing a cubic phase plate. According to Scalar-diffraction theory, the relation between the contrast of the interference fringe pattern and duty cycle is researched. The calculation for the duty cycle of a Crglass reflective CGH is described in the paper. A CGH for testing a cubic phase plate with duty cycle 0.5 is fabricated by using e-beam lithographic techniques. Inthis situation, the contrast of the interference fringe pattern can achieve a level of 99.4％ by calculation.%为了在检测实验中获得最佳对比度的干涉条纹,从标量衍射理论出发,研究了条纹对比度和反射式计算全息图(CGH)占空比的函数关系.以检测三次位相板用的反射式Cr-玻璃CGH为例,计算了对比度最大为99.4%时CGH的占空比为0.5.我们采用电子束光刻技术制作了检测三次位相板的CGH.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2011(041)003【总页数】4页(P359-362)【关键词】衍射光学;计算全息图(CGH);占空比;条纹对比度【作者】许英朝;张新;林洪沂;朱文章【作者单位】厦门理工学院数理系,福建厦门361024;厦门理工学院光电工程技术研究中心,福建厦门361024;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;厦门理工学院数理系,福建厦门361024;厦门理工学院光电工程技术研究中心,福建厦门361024;厦门理工学院数理系,福建厦门361024;厦门理工学院光电工程技术研究中心,福建厦门361024【正文语种】中文【中图分类】TN247新型光学仪器在用途、工作原理、构造以及信息容量等方面不断发展，给光学元件提出了更高的要求。
非旋转对称三次方面形的非接触式检测方法
第 ２ 期
厦 门大 学 学报 （ 自然科 学版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｘｉ ａ ｍｅ ｎ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ（ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ）
Ｖｏ Ｉ ． ５ ２ ＮＯ ． ２
Ｍａ ｒ ． ２Ｏ１ ３
非 旋转 对 称 的光学 元件 已经 越来 越多 的成 为现 代
光 电产 品 和光 学系 统 中 的关 键 元 部 件 ， 比如 波 前 编 码 成像 系 统＿ ｌ 中 的非旋 转对 称 的位相 板就 是该 系统 的核
心 部件 ， 借助 它 并通 过编 码／ 解 码 处理 可 以使光 学系 统
次 的分 离 ， 即把不 需要 的级 次用 孔径 光 阑遮挡 ． 我们 推
ｔ ｅ ｄ ｈ ｏ ｌ ｏ ｇ ｒ ａ ｍｓ ， Ｃ ＧＨ） 技 术 的 进 步 和 发 展 ］ ， 并 且 理
导 了三 次位 相传 波距 离 ｚ 之 后 的总位相 ］ ：
２
（ ， ）： ｚ ＋ ａ （ ｘ ＋ Ｙ ）一 ａ ｚ （
检测 时 ， 用 Ｃ ＧＨ 作 为零位 补 偿 器 ， 可 以分 ２种 情 况考 虑 ， 即 １ ）利用 球 面 干涉 仪 ， 在 干涉 仪 外 部 实现 级 次 的分离 ， 并滤 掉 不 需 要 的杂 散 光 ； ２ ）利 用 平 面干 涉
之 后采 用接 触式 的轮 廓 仪 进 行 测 量 的 方 式 ］ ， 该 测 量 方 法不 但耗 时 ， 且轮 廓 仪 的金 刚石 探 针容 易 划 伤 待 测
接触 式 轮 廓 仪 ． 利用 计算全息图（ ｃ ｏ ｍｐ ｕ ｔ ｅ ｒ － ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｈ ｏ ｌ ｏ ｇ ｒ ａ ｍｓ ， Ｃ ＧＨ） 可 以 生 成 任 意 想 要 的波 前 这 一 特 点 ， 提 出 了利 用 计 算 全 息 来 检 测 非 旋 转 对称 的 光 学 曲 面 的 非 接 触 式 测 量 方 法 ， 并 通 过 对 一 个 三次 方 面 进 行 面形 检 测 ， 详 细 给 出 了从 检 测
非旋转对称三次方面形的非接触式检测方法
非旋转对称三次方面形的非接触式检测方法许英朝;林洪沂【摘要】The unsymmetrical optical surfaces are on their way to becoming critical components of modern optical systems. But now for this kind of surf aces, the surface testing is mainly depending on the coordinate machine or the profiler. There are obvious shortcomings for these contact measurements. Computer-generated hologram (CGH) has been used for years in optical testing of aspheric surf aces, and it can produce an optical wavefront with any desired shape. So it is fascinating and will have good prospects to test unsymmetrical surfaces using CGH. And it is a non-contact testing method. Take a cubic surface for exampleTthe testing system design, the fabracation of the CGH and the testing process of the suface are presented in this paper. The testing result of the surface deviation is 1. 047 A-PV,and the RMS value is 0. 049 A. This method can become the effectively complement of the contact testing method.%非旋转对称的光学曲面越来越多地应用到现代光学系统中,但对该类光学面形的检测还基本依靠坐标测量机和接触式轮廓仪.利用计算全息图(computer-generated holograms,CGH)可以生成任意想要的波前这一特点,提出了利用计算全息来检测非旋转对称的光学曲面的非接触式测量方法,并通过对一个三次方面进行面形检测,详细给出了从检测系统的理论设计、CGH的制作到面形检测整个过程.检测结果的面形偏差PV值为1.047 λ(λ=0.632 8×10-3 mm,氦氖激光波长),均方根(RMS)值是0.094 λ.该方法可以作为现行接触式测量方法的有效补充,并且具有良好的前景.【期刊名称】《厦门大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(052)002【总页数】5页(P177-181)【关键词】测量;非旋转对称;三次方面;计算全息图【作者】许英朝;林洪沂【作者单位】厦门理工学院数理系,福建省高校光电技术重点实验室,福建厦门361024【正文语种】中文【中图分类】TN247非旋转对称的光学元件已经越来越多的成为现代光电产品和光学系统中的关键元部件，比如波前编码成像系统［1］中的非旋转对称的位相板就是该系统的核心部件，借助它并通过编码／解码处理可以使光学系统的景深得到极大的延拓.近年来，尽管非旋转对称的光学曲面光学元件产品得到了越来越多的应用，并且大大拓展了现代光学系统的性能和应用广度［2］.但是缺乏便捷、高效、精确、低成本的非接触式检测技术却制约了该类光学曲面的加工与应用.由于非旋转对称的光学曲面的几何复杂性，它们的加工和检测难度远远比普通的光学球面和光学非球面大，目前在国际上也还没有统一的标准或者技术来精确测量和评价这类非旋转对称的光学曲面的加工精度.对于非旋转对称的光学曲面的检测绝大部分还都是采用在抛光之前采用坐标测量机，在抛光之后采用接触式的轮廓仪进行测量的方式［3］，该测量方法不但耗时，且轮廓仪的金刚石探针容易划伤待测的光学元件表面.随着计算全息图（computer－generated holograms，CGH）技术的进步和发展［4－5］，并且理论上CGH可以产生我们想要得到的任何形状的波前，其用于检测非旋转对称的光学曲面具有良好前景.1 检测系统的设计我们要检测的三次位相板（面形如图1）是波前编码光学系统中的波前编码位相板，其面形方程为：检测时，用CGH作为零位补偿器，可以分2种情况考虑，即1）利用球面干涉仪，在干涉仪外部实现级次的分离，并滤掉不需要的杂散光；2）利用平面干涉仪，利用干涉仪内部的孔径光阑实现级次的分离.如图2所示，无论是哪种方案，都要考虑检测光波通过三次位相反射之后所产生的高阶波像差和检测光波衍射级次的分离，即把不需要的级次用孔径光阑遮挡.我们推导了三次位相传波距离l之后的总位相［6］：设计过程中，我们采用图2（b）所示的方案进行设计，根据公式（3）设定CGH的位相参数，并且选用CGH的＋1级衍射光作为检测光波.残余波像差均方根（RMS）值、点列图尺寸（GEO）与待检位相板和CGH的距离（l）之间的关系曲线如图3所示.从图示可知，在l取5mm时，RMS和GEO都很小，故我们在l ＝5mm时进行了设计仿真，得到的补偿后的残余波像差的PV值为0.004 9λ，满足要求.通过设计结果，只考虑到4阶高阶相差（更高阶影响很小），得到了CGH 的位相方程：图3 残余波像差RMS值、GEO与l之间的关系曲线Fig.3 Relation curvebetween l and residual wavefront－RMS ＆the size of spot diagrams－GEO 2 CGH的制作2.1 CGH的图形转换当CGH的每一条刻线的位置确定之后，根据获得的CGH位相方程我们便可以编写程序生成CGH图形.因为电子束光刻仅能识别固定的图形格式（制作CGH采用的JEOL JBX 6AII光刻系统仅能识别“＊.fig”和“＊.dwg”格式的图形，而这2种图形格式都可以通过AutoCAD软件获得，但AutoCAD软件不便编写程序，实际上我们采用MATLAB软件进行的编程），故在刻制CGH之前，我们需要进行图形转换（图4）.图4 CGH图形格式转换的流程图Fig.4 Flowchart of the CGH graphics format conversion图5是CGH在不同软件中转换的样图.为了显示清晰，图中的1条线代表实际制作CGH中的10条刻线.在进行图形转换的时候，不同格式的图形中数据没有任何丢失，保证制作时CGH不会因图形转换而发生误差.2.2 CGH 的制作我们选择电子束光刻技术对CGH进行制作，详细的CGH母板的制作过程如图6所示.1）光刻.将已经准备好的镀有金属铬并旋涂好光刻胶的CGH基板进行曝光，光刻时间在6～10min，把CGH图形刻制在CGH基板上.图5 CGH的转化过程Fig.5 The transformation process for the CGH2）显影.将已经光刻好的感光板（铬板）利用3g／L的氢氧化钠溶液作为显影液进行显影.3）刻蚀.利用硝酸铈铵和高氯酸溶液作为刻蚀液，将铬板上多余的铬清洗干净，便得到了我们需要的图形.图6 利用电子束光刻技术制作CGH母板的工艺流程图Fig.6 The fabrication process for the CGH motherboard by e－beam method制作好的CGH母板如图7（a）所示，由于CGH图形是非旋转对称的，所以我们在CGH的外围标记了一个“＋”号来标示“x”轴的方向，这样在检测过程中，容易装调CGH和待检测的镜片.从图7（a）中可以看到一些干涉条纹图样，这是因为CGH板倾斜放置时拍的照片，物光波和参考光波发生干涉出现了干涉图样；图7（b）为我们在计算机仿真CGH给一个特定的倾斜量时，呈现出的干涉图样.从图7（a）、（b）的对比可以看出，实际制作和理论仿真得到的结果是一致的. 图7 制作好的CGH母板（a）与仿真得到的CGH样（b）Fig.7 The fabricated CGH （a）and the simulated CGH by computer（b）理论计算表明，CGH的占空比是0.5时，干涉条纹的对比度可以达到99.4%［7］.故我们采用电子束光刻技术制作的CGH的占空比取0.5，即明暗条纹的宽度之比为1∶1.如果制作CGH模板的基底的面形非常理想，我们便可以直接把制作好的CGH模板装到相应的镜座上，用其进行检测实验.但通常用的铬板都是厂家提供给集成电路生产商的，对基底面形的要求并不高.因此为了使检测的结果准确可靠，我们进行了CGH的复制.复制好的CGH如图8所示.图8 制好的CGHFig.8 The duplicated CGH3 面形检测完成检测系统的搭建工作以后，我们进行了三次位相板面形的检测，图9为检测系统的实物照片及检测结果.实验中被检测的三次位相板是利用金刚石车床直接车削而成的，口径为13mm.检测的结果为面形偏差PV值为1.047λ，RMS值是0.094λ.图9 三次位相板的检测Fig.9 The test of the cubic surface图10 三次位相板局部的WYKO测量图Fig.10 Profile for part of the cubic surface by WYKO interferometer图10是宽0.45mm、长0.60mm区域的 WYKO测量图，可以看出，由于车削之后的刀痕（图10（a）中颜色较深处为刀痕位置），刀痕处的峰谷值达到118.17nm（约为0.2λ）.后来经过与加工单位的仔细分析，找到其造成原因是加工过程中的夹持方式改变而造成的.这一环形刀痕无疑加大了三次方面的面形偏差.4 结论本文给出了CGH二元化的算法，并计算得出了每一条刻线的具体位置和CGH图形.通过合理的图形转化，得到了我们刻制CGH所需要的图形格式，并采用电子束光刻的方法制作了我们需要的CGH的模板，并且利用光刻的方法进行了CGH的复制.在Zygo干涉仪上搭建了实验系统，完成了三次位相板的检测，检测结果的PV值是1.047λ，RMS值是0.094λ.检测结果不很理想，显然该方法进入实用阶段依然具有很长的路程，但是利用CGH检测非旋转对称的光学曲面却具有良好的前景和独特的优势.【相关文献】［1］Dowski E R Jr，Cathey W T.Extend depth of field through wave－front coding ［J］.Appl Optics，1995，34（11）：1859－1866.［2］丁毅，顾培夫.实现均匀照明的自由曲面反射器［J］.光学学报，2007，27（3）：540－544. ［3］李圣怡，陈善勇，戴一帆.自由曲面光学器件检测技术［J］.纳米技术与精密工程，2005，3（2）：126－133.［4］Wyant J C，Bennett V ing computer generated holograms to test aspheric wavefronts［J］.Appl Optics，1972，11（12）：2833－2839.［5］Liu Hua，Lu Zhengwu，Li Fengyou，et ing curved hologram to test large－aperture convex surface［J］.Opt Express，2004，12（14）：3251－3255.［6］许英朝，张新，周平.一种三次非旋转对称的位相板的检测系统设计［J］.光学学报，2008，28（5）：971－975.［7］许英朝，张新，林洪沂，等.检测三次位相板的反射式计算全息图的占空比［J］.激光与红外，2011，41（3）：359－362.。
三次位相传播中的波像差及在CGH中衍射级次的分离
三次位相传 播 中的波像 差及在 Ｃ Ｈ 中衍 射级次 的分 离 Ｇ
许英朝 ， 平。张 新 周 ，
（． １ 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 光学技术研究中心， 吉林 长春 １０３ ； ３０ ３ ２ 中国科学院 研究生院， ． 北京 １０３ ；． ００９ ３ 美国亚利桑那大学 光学中心， 图森 Ａ ８ ７１ ｚ５２ ）学 精 密工 程
Ｏ ｐ ｉｓ ａ ｅ ｉｉ ｎ Ｅｎｇ ｎ ｅ ｉｇ ｔｃ ｎｄ Ｐｒ ｃｓｏ ｉ ｅ ｒｎ
Ｖ ｏＩ ６ Ｎｏ．１ ．１ １
Ｎ ＯＶ ２ ８ ． ００
２０ ０ ８年 １ １月
文章编号
１ ０ — ２ Ｘ（ ０ ８ １ － １ ４０ ０ ４９ ４ ２０ ）１２０ —６
中产 生 高 阶 像 差 的 理 论 公 式 ， 由公 式 得 出高 阶 项 随 着 传播 距 离 的增 大 而 增 大 的 结 论 。讨 论 了 检 测 光 波 经 过 Ｃ Ｈ 衍 并 Ｇ 射 后 衍 射 级 次 分 离 的 理论 过程 。设 计 了一 个 用 Ｃ Ｈ 检 测 三 次位 相 板 的系 统 作 为 例 证 ， 过 在 Ｃ Ｇ 通 ＧＨ 位 相 方 程 中引 人 高
文献标识码 ： Ａ
中 图 分 类号 ： ４ ８ １ ０ ３ ．
Ｗ ａ ｅ ｒ ｎ ｂ ｒ ａ ｉ ｎ ｏ ｕ ｉ ｈ ｓ ｎ ｐ ｏ ａ ａ ｉ ｎ ｖ ｆ ｏ ｔａ ｅ ｒ ｔｏ ｆｃ ｂ ｃ ｐ ａ ｅ ｉ ｒ ｐ ｇ ｔｏ ａ ｄ ｏ ｄ ｒ ｓ ｐ ｒ ｔｏ ｙ ｃ ｍ ｐ ｔ ｒ ｇ ｎ ｒ ｔ ｄ ｈ ｌ ｇ ａ ｎ ｒ ｅ ｅ ａ ａ ｉ ｎ ｂ ｏ ｕ ｅ ｅ ｅ ａｅ ｏｏ ｒ ｍ
（ ＣＧＨ ）ａ ｕ ｌｌｎ 。ｔ ｅ ｙ ｉ ｏ ｔ ｎ ｒｎ ｉ ｌｓ ａ ｅ ｔ ｅ ｗａ ｅ ｒ ｎ ｂ ｒ ａ ｉｎ ｏ ｕ ｉ ｐ ａ ｅ ｉ ｓ ａ ｎ ｌ ｅ ｓ ｗｏ ｖ ｒ ｍｐ ｒ ａ ｔ ｐ ｉ ｃｐ ｅ ｒ ｈ ｖ ｆｏ ｔ ａ ｅ ｒ ｔ ｆ ｃ ｂ ｃ ｈ ｓ ｎ ｏ
【法律】iii型补偿电路
iii型补偿电路1️⃣ iii型补偿电路概述iii型补偿电路，作为一种重要的电力电子电路类型，在电力系统中扮演着至关重要的角色。
它主要用于改善电力系统的稳定性和提高电能质量，特别是在处理电网中的谐波问题和无功功率补偿方面，具有显著的效果。
iii型补偿电路的设计基于先进的电力电子技术和控制理论，通过精确的控制策略，实现对电网中谐波电流的抑制和无功功率的动态补偿。
2️⃣ iii型补偿电路的工作原理iii型补偿电路的工作原理主要基于以下两个方面：谐波检测与识别：首先，电路中的谐波检测单元会实时监测电网中的电流和电压波形，通过先进的信号处理算法，准确识别出谐波成分。
这一步骤是后续补偿策略制定的基础。
动态补偿策略：一旦谐波成分被识别，iii型补偿电路中的电力电子开关器件（如IGBT、MOSFET等）会根据预设的控制策略，迅速调整其工作状态，产生与谐波电流大小相等、方向相反的补偿电流。
这样，谐波电流就被有效地抵消，电网中的电流波形得以改善。
此外，iii型补偿电路还能根据电网中的无功功率需求，动态调整其补偿容量，实现无功功率的动态平衡，从而提高电网的功率因数，降低线路损耗。
3️⃣ iii型补偿电路的应用与优势iii型补偿电路在多个领域具有广泛的应用，包括但不限于：电力系统：用于改善电网的电能质量，提高电力系统的稳定性和可靠性。
工业领域：在工业自动化、智能制造等场景中，用于解决谐波污染和无功功率问题，提升设备的运行效率和能源利用率。
新能源发电：在风力发电、光伏发电等新能源发电系统中，iii型补偿电路能有效抑制谐波，提高并网电能质量。
其优势主要体现在以下几个方面：高效性：iii型补偿电路能够实时、准确地识别并补偿谐波电流和无功功率，实现高效的电能质量治理。
灵活性：通过先进的控制策略，iii型补偿电路能够灵活适应不同电网条件和负载变化，确保电网的稳定运行。
经济性：通过降低线路损耗、提高功率因数等方式，iii型补偿电路能够为用户节省电费开支，提高经济效益。
三相位补偿电阻率测井仪器[实用新型专利]
![三相位补偿电阻率测井仪器[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/d04dfa0fb8f67c1cfbd6b88b.png)
专利名称：三相位补偿电阻率测井仪器专利类型：实用新型专利
发明人：陈序三,邵在平
申请号：CN200820226295.4
申请日：20081127
公开号：CN201334906Y
公开日：
20091028
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及石油测井设备领域的一种三相位补偿电阻率测井仪器。
其技术方案是借鉴现有高频感应测井仪的主体结构，即由发射线圈系、电子线路和装置电子线路的壳体组成，其中的电子线路部分包括信号前置放大线路、发射控制驱动线路、相位及幅度测量线路、数字线路和电源。
本实用新型的重点改进部分是发射线圈系结构布局，它是由三个不同源距的对称式发射线圈对称分布在线圈系的两侧，两个接收线圈置于线圈系的中间部位。
本实用新型采用高频电磁波测量原理，通过改进发射线圈结构设计，同时获得三条不同探测深度的地层电阻率测井曲线，用于地层的含油饱和度、渗透率、钻井液侵入、油层厚度的计算，是油田勘探开发的重要测量仪器。
申请人：山东胜利伟业石油工程技术服务有限公司
地址：257000 山东省东营市北二路胜利油田测井公司院内
国籍：CN
代理机构：东营双桥专利代理有限责任公司
代理人：侯华颂
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基于三截面测量的温度误差补偿方法[发明专利]
![基于三截面测量的温度误差补偿方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/76ef6d8d27d3240c8547ef86.png)
专利名称：基于三截面测量的温度误差补偿方法专利类型：发明专利
发明人：张国雄,李杏华,刘书桂,裘祖荣,郭敬滨申请号：CN201010292141.7
申请日：20100926
公开号：CN101975564A
公开日：
20110216
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及测试技术及仪器。
提供一种基于三截面测量的温度误差补偿技术，提高圆柱坐标测量机测量稳定性，本发明采取的技术方案是，基于三截面测量的温度误差补偿方法，包括下列步骤：1.利用一个直径都经过标定、可以溯源的量规对测量机各个测量架的零位、轴线方向进行标定；
2.建立温度误差补偿的数学模型；
3.在建立的温度误差补偿的数学模型基础上编写误差补偿程序，并将它加入到工件测量结果的数据处理程序中；
4.将为进行温度误差补偿所需要测量的截面加入到测量程序中，在测量工件过程中加测用于误差补偿所需要测量的截面；
5.进行测量结果数据处理，实现温度误差补偿。
本发明主要应用于回转件的加工测量。
申请人：天津大学
地址：300072 天津市南开区卫津路92号
国籍：CN
代理机构：天津市北洋有限责任专利代理事务所
代理人：刘国威
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含三次位相元件照相物镜的设计
含三次位相元件照相物镜的设计杨皓明;张新;方志良;雷广智;张欣【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2007(015)007【摘要】设计了一个光学/数字成像系统,该成像系统利用三次位相元件辅以数字图像处理技术,在保持系统光通量及分辨率不变的前提下,提高了光学系统焦深.进行了仿真实验,实验以传统的双高斯型照相物镜为光学系统模型,选取焦点及离焦-1.6 λ(λ=550 nm)近似-6.4倍焦深两个成像位置.对比分析了传统光学系统及光学/数字系统的焦点位置调制传递函数(MTF)、离焦1.6λ处调制传递函数(MTF)及在瑞利判据±100倍焦深范围内的离焦传递函数.通过光学设计软件CODEV9.7新增图像模拟功能,得到了光学系统的模拟成像结果.利用自编图像处理程序,得到最终的成像结果.结果表明,该光学/数字成像系统确实能够有效扩大光学系统焦深6倍以上.【总页数】6页(P1026-1031)【作者】杨皓明;张新;方志良;雷广智;张欣【作者单位】南开大学现代光学研究所光电信息技术教育部重点实验室,天津,300071;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033;南开大学现代光学研究所光电信息技术教育部重点实验室,天津,300071;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033【正文语种】中文【中图分类】TB851.1【相关文献】1.大光圈微型高清照相物镜的设计和性能分析 [J], 魏威;胡正发;夏智锋;蓝秀娟2.50mm标准照相物镜折/衍混合设计 [J], 邓冈锋;刘秋平;邓凯;曾阳素3.医用电切镜的照相物镜设计 [J], 朱维涛4.基于ZEMAX的超广角照相物镜设计 [J], 侯国柱;吕丽军5.光学塑料折射非球面在双高斯照相物镜设计中的应用 [J], 耿瑞辰; 黄军霞因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
三次相位板波前编码系统离焦极限和面型设计
三次相位板波前编码系统离焦极限和面型设计蔡怀宇;刘挺;朱猛;黄战华【期刊名称】《光电工程》【年(卷),期】2012(39)12【摘要】在三次相位板的波前编码技术研究中，系统的离焦极限和三次相位板的面型参数是决定系统成像质量和图像恢复难度的重要参数。
本文利用根据魏格纳函数推导出的准确波前编码成像系统 MTF 函数，提出了一种三次相位板面型参数和离焦极限之间关系的讨论方法，分别利用该方法得出三次相位板系统的理论离焦极限和针对不同应用的实际离焦范围；计算得出限定不同离焦量要求时的三次相位板面型参数的选择。
并通过对离焦与非离焦情况下系统MTF函数对比，讨论系统离焦时的MTF全局一致性。
并分别利用数值计算和CODE V模拟验证了通过此方法得到的系统离焦极限和相位板面型参数的有效性。
%10.3969/j.issn.1003-501X.2012.12.018【总页数】7页(P109-115)【作者】蔡怀宇;刘挺;朱猛;黄战华【作者单位】天津大学精密仪器与光电子工程学院,光电信息技术教育部重点实验室,天津 300072;天津大学精密仪器与光电子工程学院,光电信息技术教育部重点实验室,天津 300072;天津大学精密仪器与光电子工程学院,光电信息技术教育部重点实验室,天津 300072;天津大学精密仪器与光电子工程学院,光电信息技术教育部重点实验室,天津 300072【正文语种】中文【中图分类】O438;O439【相关文献】1.波前编码系统中相位掩膜板的新设计 [J], 金群锋;冯华君;徐之海2.相位板装配倾斜对波前编码系统点扩散函数的影响 [J], 方超3.基于改善红外光学系统离焦变量的三次位相板波前编码技术浅析 [J], 卢鑫;程伟宁;范哲源4.一种优化波前编码系统相位板参数的新方法 [J], 范志刚;付强;陈守谦;吕天宇5.波前编码系统相位板视场效应的消除 [J], 黄薇薇;叶子;赵廷玉;张文字;余飞鸿因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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用 于检 测 三 次 位 相板 的新 型零 位 补偿 器 的设 计
许英朝 ， 鹰。林洪沂 ， 朱文章 ． 张 新 张 ， ， － ， 一
（． １ 厦门理工学 院数理系 ， 福建 厦 门 ３ １２ ；． ６ ０ ４２ 厦门理工学院光电工程技术研究中心 ， 福建 厦 门 ３ １２ ６ ０４； ３ 中国科学 院长春光学精密机械与物理研究所 ， ． 吉林 长春 １０ ３ ） ３ ０ ３
ｕｈ ｒ ｕ ｅｓｒ ｃ ｎｅ ｓ Ｎ ｎｃｎａｔｅｔ ｇｍ ｔｏ ａ ｓ ｏ ｐ ｔ — ｎｒｔ ｏｏｒｍ（ Ｇ ｎ ａ ｆ ｌｏｔ ｕｆ ｅｕ ｄｒ ｅｔ ｏ—ｏｔｃ ｔ ｉ ｅ ｄｃｎｕｅｃｍ ｕ ｒｇ ｅａ ｄｈｌｇ ｎ ｔ ｈ ａ ｔ ． ｓｎ ｈ ｅ ｅ ｅ ａ Ｃ Ｈ）ａ ｕｌ ｓ ｎｌ
激 光 与 红外
Ｎ ． ２ １ ｏ５ ０ １
许英朝 等
用于检测三次位相板 的新 型零位补偿 器的设计
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算 全息 图进 行 零 位 补偿 ］但 计 算 全 息 图 的制 作 ，
价格相 对较 高 。 因此 对 于特殊 的非 旋转 对称 的光 学
＝
（ ｏＯ＋ｃｓ ｃｓ ｏ ）一 （ ｏＯ ０ ）。 ｃ ｓ ＋ｃｓ
根据 三 次位 相板 的特殊 位 相 ， 们 考 虑 利用 几 我
块倾 斜装 调 的球 面透 镜组 合在 一起 作 为检 测系 统 的 零位 补偿器 。其 中利 用球 面透 镜 去补偿 三 次位相 板
的大 部分 彗差 项 和 一部 分 像 散 Ｊ得 到 工 程 设 计 ，
上 可 以接受 的效 果 。 如图 １ 示 ， 所 不难 看 出 ， 彗差 波 面 的干涉 图样 和 三 次位 相 的干涉 图样有 一 定 的相 似 性 。
２ 设 计原 理
图 ２是 设 计 的 检测 系统 的 光路 图 ， 涉 仪 的球 干 面波 经过 零位 补偿 器 ， 产生 我们 需要 的非 球 面波前 ，
去补 偿三 次位 相板 的波 像 差 ， 经 过 一 块 平 面 反射 再 镜 原 路返 回 ， 进 入干 涉仪 ， 为检测 光波 。参 考光 并 作 波 由干涉 仪本 身提 供 。
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｉ ｃ ｂ ｃ ｗ ｖ ｆ ｎ ｏ ｉ ｇ ｐ ａ ｅ ｐ ａｅ ｉ ａ ｓ ｍｍｅｒｃ ｌｓ ｒ ｃ ． ｐ ｔ ｏ ｉ ｉ ｅ ｔ ｇ ｍｅ ｈ ｄ ｉ ｓｒ ｃ ： ｈ ｓ ｕ ｉ ａ ｅｒ ｔｃ ｄ ｎ ｈ ｓ ｌ ｔ ｓ ｎ ａ ｙ ｏ ｔ ａ ｕ ｆ ｅ Ｕ ｏ ｎ ｗ，ｔ ｍａｎ ｔｓｉ ｔ ｏ ｎ ｉ ａ ｓ ｎ
位 补偿 器 。 波 前 编码 板 的面 形 特点 ， 设 计 了一种 新 型的零 位补 偿方 式 ， 给出 了设 计 实例 ， 并 该补 偿器 全部 由球 面镜 组成 ， 因此 易 于加 工 ， 成本 且 较低 。文 中通 过 检 测 一 个 ＋１ ｍ 的三 次 位 相 板 ， ３ｍ 给 出 了简 易 的实验 验证 ， 最终 的补 偿效 果 良好 。
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｓ： ｕ ｉ ｈ ｅ ｐａｔ ｓ ｒａ ｅ ｔｓ ； ｕ ｌｌｎ ｏ ｉａ ｅ ｉ ｄ ｃ ｂ ｃ ｐ ａ ｌ ｅ； ｕ ｃ ｅ ｔ ｎ ｌ ｅ ｓ； ｐｔ ｌｄ ｓｇ ｓ ｆ ｃ ｎ
１ 引 言
测量 ， 但是 触针 式 的接 触式 测量 测量 时 间较长 ， 并易 在质 地较软 的待 测面 上造 成划痕 。采 用非 接触 式 的
三 次位 相波 前编码 板 是一 种非 旋转 对称 的光 学 元 件 ， 然 ， 了补偿 三次 位相板 的特殊 面形 产生 的 显 为 波像 差 ， 计 零 位 补 偿 器 时 ， 该 对 各 种 像 差 进 设 应
行 深刻 地认识 。
偿 。彗 差 表示 轴 外 物 点 宽 光 束 经 光 学 系 统 成 像 后 失 对 称 的 情 况 ， 此 ， 们 可 以用 一 组 球 面 透 镜 ， 因 我 通 过 调 节 其 倾 斜 和 偏 心 ， 之 产 生 的 光 程 差 与 三 使 次 位相 板 的 面 形 相 补 偿 ， 而 形 成 我 们 需 要 的零 从
干涉测 量 ， 有快 速 、 洁 、 避免 待 测 元 件 的 面形 不 简 可 受损 伤等 优点 。非 接 触式 的测 量 方 法 ， 以采 用 计 可
基金项目： 福建省 自然科学基金青年创新项 目（ ｏ２ １Ｊ５４ ） Ｎ ．０ｏ０ １４ ； 福建省 教 育 厅 Ａ类 项 目（ ｏＪ １２８） 国家 自然 科 学 基 金 （ ０ Ｎ ． Ａ ０４ ； Ｎ． ６ ０００ ） 厦门市科技计划项 目（ ｏ３０ Ｚ ０９０ ９ 资助 。 １５ ０７ ； Ｎ ．５２ ２０ ３３ ） 作者简介 ： 许英 朝， 博士 ， 男， 讲师 ， 研究方向为光学设计 ， 光学检
３ Ｃ ａｇｈ ｎＩｓｔｔ ｏ ｐｉ ｎ ｉｅＭｅｈ ｎ ｓａｄＰ ｙｉ 。 ｈ ｅｅＡ ａｅ ｙｏ ｃ ｎ ｅ， ｈｎｃ ｕ ３ ０ ３ Ｃ ｉ ） ． ｈｎ ｃｕ ｎｔｕｅ ｆ ｔ ｓａｄＦｎ ｃａｉ ｎ ｈ ｓ ｓＣ ｉ ｓ ｃｄｍ ｆ ｉ ｃｓ Ｃ ａ ｇｈ ｎ１０３ ，ｈｎ ｉ Ｏ ｃ ｃ ｃ ｎ Ｓｅ ａ
ｃｓ ｓ Ｏ ｏＯ・ ｉ ｎ （） ２
面形 ， 以考 虑设 计 易 于 制 作 且成 本 不 高 的零 位 补 可
偿器。
显然 ， 上式 中第 一项 为 彗差项 ， 二项 为彗 差项 第
乘 以一 项 因子 。可 见 由三次位 相板 产 生 的波像 差主 要 是彗 差 ， 故可 以考 虑 用球 面 透镜 形 成 的彗 差来 补
对 于大 口径 的旋 转 对称 的非 球 面 ， 用 补偿 法 采 具有独 特 的优点 ， 常 补偿 器 的尺 寸 要 比被 检 验 … 通 的镜 面小好 几 倍 。补 偿 法 是 一种 无 接 触 干 涉测 量 ，
可 以保证 定性 和定 量地评 价 面形偏 差 。补偿 法 已经 是一 种 十 分成 熟 的检测 方 法 ， 国内 ， 然 Ｃ Ｈ 已 在 虽 Ｇ 经 应用 于大 口径非 球 面 镜 的 检测 ， 目前 检 测 大 口径 的非球 面镜依 然 主要采 用零位 补偿 法 。
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ｔｅ ｉ ｄ ｓｒ ｓ ｕ ｉ ｇ ｔ ｅ ｃ ｎ ａ ｔｐ ｏ ｌｒ Ｂ ｔｎ ｎ ｃ ｎａ ｔ ｅ ｔ ｇ ｍｅｈ ｄ ｈ ｓ ｍｏ ｅ ｖ ｒ ｅ ，ｏ ｘ ｍｐ ｅ ｓ ｌ ｓ ｆ， ｈ ｎ ｕ ｔ ｉ ｓｎ ｈ ｏ ｔｃ ｒ ｆ ｅ ． ｕ ｏ —ｏ ｔｃ ｓｉ ｔｏ ａ ｒ ｉ ｕ ｓ ｆ ｒｅ ａ ｌ ， ｉ ｅ，ｗｉ ｙ ｉ ｔ ｎ ｔ ｍｐ ｔ
２ Ｏ ｔ － ｌｃ ｒ ａ ｇｎ ｅ ｎ ｓ ａｃ ｅ ｔ ｒ Ｘｉｍｅ ｉ ｅｓｔ ｆＴ ｃ ｎ ｌ ｇ Ｘｉｍｅ ６ ０ ４， ｈ ｎ ； ． ｐ ｏ ｅｅ ｔ ｃ ｌ ｉ Ｅｎ ｉｅ ｒ ｇ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｃ ｎ ｅ ， ａ ｎ Ｕｎ ｖ ｒｉ ｏ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ， ａ ｎ ３ １ ２ Ｃ ｉ ａ ｉ ｙ
摘
要： 三次位 相 的波前编 码位 相板 是 一种 非 旋 转对 称 光 学元 件。 对 于其 面 形及 整 个 元件 的
检测， 虽然 目前通用 的方 式还是 采用 轮廓仪 的接触 式 测 量 ， 采 用 非接 触 式 的 干 涉测 量 ， 但 具有
快速 、 洁 、 简 可避 免待 测元 件 的面形 不 受损 伤 等优 点 。非 接 触 式 的测 量方 法 ， 以采 用 计 算全 可 息 图进行 零位 补偿 ， 但计 算全 息 图的制作价 格 相对 较 高 。我 们根 据 三 次位 相 波 前编 码板 的面 形特 点 ， 到 一种 新型 的零 位 补偿 方 式 ， 给 出 了设 计 实例 ， 得 并 并进 行 了实验 验证 ， 补偿 器 全部 该
第 ４ 卷 第 ５期 １
２１ ０ １年 ５月
激 光 与 红 外
Ｌ Ｅ ＡＳ Ｒ ＆ Ｉ ＲＡＲＥ ＮＦ Ｄ
Ｖ １４１ Ｎｏ ５ ｏ． ， ． Ｍａ ， ０ １ ｙ ２ １
文章编号： ０－ ７ （０ １０ － ８－ １ １ ０８ ２１）５ ５２ ４ ０ ５ ０ ０
・ 学材料 与器件 ・ 光
测 ，Ｅ Ｌ Ｄ照 明 设 计 。 Ｅｍａｌｙｘ ＠ ｘ ｔｅｕ ａ — ｉ：ｃｕ ｍｕ．ｄ ．ｎ 收 稿 日期 ：０ ０１ －７ 修 订 日期 ：０ １ ２１ ２ １－２２ ； ２ １ ・ ６
而 对 于非 旋 转 对 称 的 复杂 光 学 曲 面 的 面形 检 测， 虽然 目前 通用 的方 式还 是 采 用 轮廓 仪 的接 触 式
ｕ上上 上Ｏ ｌ ｉＳ
图 ２ 检 测 系 统 的 光 路 图
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