CN117075293B - 计算全息的亚微米级多环带多级次对准检测装置与方法 - Google Patents

Abstract

计算全息的亚微米级多环带多级次对准检测装置与方法，属于光学检测装调技术领域，解决了现有的装调方法较为复杂，装调精度低，且无法实现对大口径、长光路的光学系统的装调的问题。所述的干涉仪、计算全息元件、第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜依次排列且同轴放置；所述的第一调整机构固定在第一透镜的两端；所述的第二调整机构固定在第二透镜的两端；所述的第三调整机构固定在第三透镜的两端；所述的第四调整机构固定在第四透镜的两端；所述的第一调整机构、第二调整机构、第三调整机构和第四调整机构均固定在镜筒外壳的内部。本发明所述的检测装置实现了亚微米级高精度装调，不受镜组口径、光学系统长度的制约。

Description

计算全息的亚微米级多环带多级次对准检测装置与方法

技术领域

本发明涉及光学检测装调技术领域，具体涉及计算全息的亚微米级多环带多级次对准检测装置与方法。

背景技术

显微物镜作为基因测序仪中最重要的光学设备之一，关乎着整个光学系统的成像性能，显微物镜需要优异的像质才能满足基因测序高分辨率的需求。因此，在保证消除常规镜头的光学像差外，还需要高NA数值孔径、平场曲、复消色差，但是，由于光学系统公差很紧，光学元件的加工与光学系统装调的误差制约着高端镜头的成像性能。随着行业整体工艺技术的发展，光学元件的加工问题逐渐解决，光学系统也借助于定心车床等设备进行辅助。

现有技术，专利文献CN115598791A公开了“一种全铝主次镜激光接收装置及其装调方法”，全部采用二次精车削的机械定位加工方式，保证了各光学元件的光轴偏心度和倾斜度满足要求，通过高精度的定心车床即可完成装调。在保证激光接收装置光学指标要求的同时，实现了装调便易性、可重复拆装。但是，对于大口径、长光路的光学系统，定心车床的装调方法不仅装调复杂，装调精度低，而且还无法完全覆盖口径或长度，因此，不能对于大口径、长光路的光学系统进行装调。

综上所述，现有的装调方法较为复杂，装调精度低，且无法实现对大口径、长光路的光学系统的装调。

发明内容

本发明解决了现有的装调方法较为复杂，装调精度低，且无法实现对大口径、长光路的光学系统的装调的问题。

本发明所述的计算全息的亚微米级多环带多级次对准检测装置，所述的检测装置包括第一调整机构、第二调整机构、第三调整机构、第四调整机构、镜筒外壳、计算全息元件、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和干涉仪；

所述的干涉仪、计算全息元件、第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜依次排列且同轴放置；

所述的第一调整机构固定在第一透镜的两端；

所述的第二调整机构固定在第二透镜的两端；

所述的第三调整机构固定在第三透镜的两端；

所述的第四调整机构固定在第四透镜的两端；

所述的第一调整机构、第二调整机构、第三调整机构和第四调整机构均固定在镜筒外壳的内部。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的第一调整机构、第二调整机构、第三调整机构和第四调整机构均采用柔性支撑结构。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的第一调整机构、第二调整机构、第三调整机构、第四调整机构和镜筒外壳均设置有反射区域。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的计算全息元件一侧表面设置有衍射面；

所述的衍射面刻画出多个衍射条纹区域；

所述的多个衍射条纹区域包括第一对准衍射区域、第二对准衍射区域、第一检测衍射区域、第二检测衍射区域、第三检测衍射区域和第四检测衍射区域；

所述的第二检测衍射区域、第四检测衍射区域、第三检测衍射区域和第一对准衍射区域均以第一检测衍射区域为同心圆依次排列；

所述的第二对准衍射区域分布在第四检测衍射区域和第三检测衍射区域之间，且以第一检测衍射区域的圆心为中心点对称分布。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的多个衍射条纹区域均采用相位型。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的第一对准衍射区域采用+3级衍射光强；

所述的第二对准衍射区域、第一检测衍射区域、第二检测衍射区域、第三检测衍射区域和第四检测衍射区域均采用+1级衍射光强。

本发明所述的计算全息的亚微米级多环带多级次对准检测方法，所述的检测方法是基于上述方法所述的计算全息的亚微米级多环带多级次对准检测装置实现的，包括以下步骤：

步骤S1，将干涉仪与计算全息元件的中心放置于同一光轴；

步骤S2，利用第一对准衍射区域将计算全息元件与干涉仪产生的干涉条纹调整至接近零条纹，则实现了干涉仪与计算全息元件对准；

步骤S3，利用第二对准衍射区域将镜筒外壳与干涉仪产生的干涉条纹调整至接近零条纹，则消除了干涉仪与镜筒外壳倾斜偏差；

步骤S4，将第四透镜与第四调整机构放置于理论位置附近；

步骤S5，利用第二对准衍射区域将第四调整机构与干涉仪产生的干涉条纹调整至条纹彗差项消失，则消除了第四调整机构与镜筒外壳倾斜偏差；

步骤S6，利用第四检测衍射区域将第四透镜与干涉仪产生的干涉条纹调整至接近零条纹，则第四透镜装调完毕；

步骤S7，将第三透镜与第三调整机构放置于理论位置附近；

步骤S8，第三调整机构执行步骤S5操作，则消除了第三调整机构与镜筒外壳倾斜偏差；

步骤S9，利用第三检测衍射区域将第三透镜与干涉仪产生的干涉条纹调整至接近零条纹，则第三透镜装调完毕；

步骤S10，将第二透镜与第二调整机构放置于理论位置附近；

步骤S11，第二调整机构执行步骤S5操作，则消除了第二调整机构与镜筒外壳倾斜偏差；

步骤S12，利用第二检测衍射区域将第二透镜与干涉仪产生的干涉条纹调整至接近零条纹，则第二透镜装调完毕；

步骤S13，将第一透镜与第一调整机构放置于理论位置附近；

步骤S14，第一调整机构执行步骤S5操作，则消除了第一调整机构与镜筒外壳倾斜偏差；

步骤S15，利用第一检测衍射区域将第一透镜与干涉仪产生的干涉条纹调整至接近零条纹，则第一透镜装调完毕。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的理论位置附近为光学设计中的理论位置附近。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的步骤S2中，所述的实现了干涉仪与计算全息元件对准，具体为：

干涉仪发出的光束经过第一对准衍射区域发生反射，在干涉仪的内部形成了干涉条纹，调整计算全息元件的位置，直至干涉条纹接近零条纹，则干涉仪与计算全息元件对准。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的步骤S3中，所述的消除了干涉仪与镜筒外壳倾斜偏差，具体为：

干涉仪发出的光束经过第二对准衍射区域发生衍射，再经过镜筒外壳的反射区域进行反射后，在干涉仪的内部形成了干涉条纹，调整镜筒外壳的位置，直至条纹彗差项消失，则干涉仪与镜筒外壳倾斜偏差消除。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的步骤S5中，所述的消除了第四调整机构与镜筒外壳倾斜偏差，具体为：

干涉仪发出的光束经过第二对准衍射区域发生衍射，再经过第四调整机构的反射区域进行反射后，在干涉仪的内部形成了干涉条纹，调整第四调整机构倾斜，直至条纹彗差项消失，则第四调整机构与镜筒外壳倾斜偏差消除。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的步骤S6中，所述的第四透镜装调完毕，具体为：

干涉仪发出的光束经过第四检测衍射区域发生衍射，再经过第四透镜进行反射后，在干涉仪内形成了干涉条纹，调整第四调整机构偏心与轴向距离，直至干涉条纹接近零条纹，则第四透镜装调完毕；

所述的步骤S9中，所述的第三透镜装调完毕，具体为：

干涉仪发出的光束经过第三检测衍射区域发生衍射，再经过第三透镜进行反射后，在干涉仪内形成了干涉条纹，调整第三调整机构偏心与轴向距离，直至干涉条纹接近零条纹，则第三透镜装调完毕；

所述的步骤S12中，所述的第二透镜装调完毕，具体为：

干涉仪发出的光束经过第二检测衍射区域发生衍射，再经过第二透镜进行反射后，在干涉仪内形成了干涉条纹，调整第二调整机构偏心与轴向距离，直至干涉条纹接近零条纹，则第二透镜装调完毕；

所述的步骤S15中，所述的第一透镜装调完毕，具体为：

干涉仪发出的光束经过第一检测衍射区域发生衍射，再经过第一透镜进行反射后，在干涉仪内形成了干涉条纹，调整第一调整机构偏心与轴向距离，直至干涉条纹接近零条纹，则第一透镜装调完毕。

本发明解决了现有的装调方法较为复杂，装调精度低，且无法实现对大口径、长光路的光学系统的装调的问题。具体有益效果包括：

1、本发明所述的计算全息的亚微米级多环带多级次对准检测装置，现有的对光学系统装调多采用定心车床，但是，定心车床的装调方法不仅装调复杂，而且还无法完全覆盖口径或长度。因此，本发明通过采用干涉仪和计算全息元件这两个光学器件就能实现对光学系统的装调，即本申请所述的检测装置简单、容易操作。且第一调整机构、第二调整机构、第三调整机构和第四调整机构能够完全覆盖第一透镜、第二透镜、第三透镜和四透镜的口径或长度，因此，本发明所述的四个调整机构能够实现对于大口径、长光路的光学系统的装调；

2、本发明所述的计算全息的亚微米级多环带多级次对准检测方法，基于计算全息元件设置的衍射面，干涉仪发出的光束经过计算全息元件发生衍射，形成理想波前，经过待测表面反射后，再次经过计算全息元件后变成包含位置误差的波前，返回干涉仪后发生干涉条纹，构建了衍射波前与光学元件位置偏差之间的量化解偶函数，实现亚微米级位置偏差量的高精度检测和装调；

3、本发明所述的计算全息的亚微米级多环带多级次对准检测方法，通过采用干涉仪和计算全息元件对各个光学元件进行装调，能够有效地避免了镜头集成过程中各个光学元件之间的定位监测相互串扰的问题，提高了检测精度，增加了整体装调的速度；

本发明所述的计算全息的亚微米级多环带多级次对准检测装置，实现了亚微米级高精度装调，不受镜组口径、光学系统长度的制约。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是实施方式一所述的计算全息的亚微米级多环带多级次对准检测装置图；

图2是实施方式三所述的计算全息元件的衍射面图；

图3是实施方式五所述的干涉仪发出的光束经过计算全息元件的衍射区域图；

图4是实施方式五所述的干涉仪与计算全息元件的装调图；

图5是实施方式五所述的干涉仪与镜筒外壳的装调图；

图6是实施方式五所述的镜筒外壳与第四透镜的装调图；

图7是实施方式五所述的第四透镜的装调图；

图8是实施方式五所述的镜筒外壳与第三透镜的装调图；

图9是实施方式五所述的第三透镜的装调图；

图10是实施方式五所述的镜筒外壳与第二透镜的装调图；

图11是实施方式五所述的第二透镜的装调图；

图12是实施方式五所述的镜筒外壳与第一透镜的装调图；

图13是实施方式五所述的第一透镜的装调图；

图中，0为第一对准衍射区域，1为第一检测衍射区域，2为第二检测衍射区域，3为第二对准衍射区域，4为第三检测衍射区域，5为第四检测衍射区域，6为第一调整机构，7为第二调整机构，8为第三调整机构，9为第四调整机构，10为镜筒外壳，11为计算全息元件，12为第一透镜，13为第二透镜，14为第三透镜，15为第四透镜，16为干涉仪，A为衍射面。

具体实施方式

下面结合附图将对本发明的多种实施方式进行清楚、完整地描述。通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施方式一、本实施方式所述的计算全息的亚微米级多环带多级次对准检测装置，所述的检测装置包括第一调整机构6、第二调整机构7、第三调整机构8、第四调整机构9、镜筒外壳10、计算全息元件11、第一透镜12、第二透镜13、第三透镜14、第四透镜15和干涉仪16；

所述的干涉仪16、计算全息元件11、第一透镜12、第二透镜13、第三透镜14和第四透镜15依次排列且同轴放置；

所述的第一调整机构6固定在第一透镜12的两端；

所述的第二调整机构7固定在第二透镜13的两端；

所述的第三调整机构8固定在第三透镜14的两端；

所述的第四调整机构9固定在第四透镜15的两端；

所述的第一调整机构6、第二调整机构7、第三调整机构8和第四调整机构9均固定在镜筒外壳10的内部。

为解决现有技术存在的技术问题，如图1所示，本实施方式中，所述的检测装置通过将干涉仪16、计算全息元件11、第一透镜12、第二透镜13、第三透镜14和第四透镜15依次同轴放置，也就是，只需要干涉仪16和计算全息元件11，就能实现对第一透镜12、第二透镜13、第三透镜14和第四透镜15的装调。所述的第一透镜12、第二透镜13、第三透镜14和第四透镜15均为大口径、长光路的光学系统。因此，本实施方式所述的检测装置较为简单，容易操作，能够大大地减少装调的复杂过程。

本实施方式所述的第一调整机构6、第二调整机构7、第三调整机构8和第四调整机构9包括压圈等调整机构，且所述的第一调整机构6、第二调整机构7、第三调整机构8和第四调整机构9适用性更强，提高了装调精度，且不受镜组口径、光学系统长度的制约。

实施方式二、本实施方式是对实施方式一所述的计算全息的亚微米级多环带多级次对准检测装置的进一步限定，所述的第一调整机构6、第二调整机构7、第三调整机构8和第四调整机构9均采用柔性支撑结构。

本实施方式中，四个调节结构均采用柔性支撑结构，是为了减少四个调节结构对面型的影响，从而增加检测结果的精度与准确性。

实施方式三、本实施方式是对实施方式一所述的计算全息的亚微米级多环带多级次对准检测装置的进一步限定，所述的第一调整机构6、第二调整机构7、第三调整机构8、第四调整机构9和镜筒外壳10均设置有反射区域。

本实施方式中，将第一调整机构6、第二调整机构7、第三调整机构8、第四调整机构9和镜筒外壳10均设置一个反射区域，且该反射区域为光滑表面，是用于与第二对准衍射区域3对准，因此，该反射区域在四个透镜的装调的过程中起着至关重要的作用。

实施方式四、本实施方式是对实施方式一所述的计算全息的亚微米级多环带多级次对准检测装置的进一步限定，所述的计算全息元件11一侧表面设置有衍射面A；

所述的衍射面A刻画出多个衍射条纹区域；

所述的多个衍射条纹区域包括第一对准衍射区域0、第二对准衍射区域3、第一检测衍射区域1、第二检测衍射区域2、第三检测衍射区域4和第四检测衍射区域5；

所述的第二检测衍射区域2、第四检测衍射区域5、第三检测衍射区域4和第一对准衍射区域0均以第一检测衍射区域1为同心圆依次排列；

所述的第二对准衍射区域3分布在第四检测衍射区域5和第三检测衍射区域4之间，且以第一检测衍射区域1的圆心为中心点对称分布。

本实施方式中，所述的多个衍射条纹区域均采用相位型。

本实施方式中，所述的第一对准衍射区域0采用+3级衍射光强；

所述的第二对准衍射区域3、第一检测衍射区域1、第二检测衍射区域2、第三检测衍射区域4和第四检测衍射区域5均采用+1级衍射光强。

本实施方式中，将计算全息元件11的内部、且面向干涉仪16的一面设置衍射面A，在衍射面A上刻画出不同衍射条纹区域，即四个检测衍射区域和两个对准衍射区域，如图2所示，分别是第一对准衍射区域0、第二对准衍射区域3、第一检测衍射区域1、第二检测衍射区域2、第三检测衍射区域4和第四检测衍射区域5。所述的第二检测衍射区域2、第四检测衍射区域5、第三检测衍射区域4和第一对准衍射区域0均以第一检测衍射区域1为同心圆依次排列，所述的第二对准衍射区域3分布在第四检测衍射区域5和第三检测衍射区域4之间，且以第一检测衍射区域1的圆心为中心点对称分布。

计算全息元件11的衍射面A刻画出的刻画出不同衍射条纹区域采用不同的衍射级次，即第一对准衍射区域0采用+3级衍射光强，第二对准衍射区域3、第一检测衍射区域1、第二检测衍射区域2、第三检测衍射区域4和第四检测衍射区域5均采用+1级衍射光强。

本实施方式中，第一对准衍射区域0是为了实现干涉仪16与计算全息元件11的对准；

第二对准衍射区域3是为了实现第一调整机构6、第二调整机构7、第三调整机构8、第四调整机构9和镜筒外壳10的装调；

第一检测衍射区域1是为了实现第一透镜12的装调；

第二检测衍射区域2是为了实现第二透镜13的装调；

第三检测衍射区域4是为了实现第三透镜14的装调；

第四检测衍射区域5是为了实现第四透镜15的装调。

因此，本实施方式所述的计算全息元件11的衍射面A刻画出的四个检测衍射区域和两个对准衍射区域，是根据本申请所述的检测装置设计的，目的是为了实现对多镜组元件光学系统的装调。

计算全息元件11具有检测精度高、适用于非球面以及自由曲面的特点，通过计算全息元件11的多环带多级次定位区域，实现了亚微米级光学元件位置失调量检测与对准。

实施方式五、本实施方式所述的计算全息的亚微米级多环带多级次对准检测方法，所述的检测方法是基于实施方式一-四中任一所述的计算全息的亚微米级多环带多级次对准检测装置实现的，包括以下步骤：

步骤S1，将干涉仪16与计算全息元件11的中心放置于同一光轴；

步骤S2，利用第一对准衍射区域0将计算全息元件11与干涉仪16产生的干涉条纹调整至接近零条纹，则实现了干涉仪16与计算全息元件11对准；

步骤S3，利用第二对准衍射区域3将镜筒外壳10与干涉仪16产生的干涉条纹调整至接近零条纹，则消除了干涉仪16与镜筒外壳10倾斜偏差；

步骤S4，将第四透镜15与第四调整机构9放置于理论位置附近；

步骤S5，利用第二对准衍射区域3将第四调整机构9与干涉仪16产生的干涉条纹调整至条纹彗差项消失，则消除了第四调整机构9与镜筒外壳10倾斜偏差；

步骤S6，利用第四检测衍射区域5将第四透镜15与干涉仪16产生的干涉条纹调整至接近零条纹，则第四透镜15装调完毕；

步骤S7，将第三透镜14与第三调整机构8放置于理论位置附近；

步骤S8，第三调整机构8执行步骤S5操作，则消除了第三调整机构8与镜筒外壳10倾斜偏差；

步骤S9，利用第三检测衍射区域4将第三透镜14与干涉仪16产生的干涉条纹调整至接近零条纹，则第三透镜14装调完毕；

步骤S10，将第二透镜13与第二调整机构7放置于理论位置附近；

步骤S11，第二调整机构7执行步骤S5操作，则消除了第二调整机构7与镜筒外壳10倾斜偏差；

步骤S12，利用第二检测衍射区域2将第二透镜13与干涉仪16产生的干涉条纹调整至接近零条纹，则第二透镜13装调完毕；

步骤S13，将第一透镜12与第一调整机构6放置于理论位置附近；

步骤S14，第一调整机构6执行步骤S5操作，则消除了第一调整机构6与镜筒外壳10倾斜偏差；

步骤S15，利用第一检测衍射区域1将第一透镜12与干涉仪16产生的干涉条纹调整至接近零条纹，则第一透镜12装调完毕。

本实施方式中，所述的理论位置附近为光学设计中透镜的理论位置。

本实施方式中，所述的步骤S2中，所述的实现了干涉仪16与计算全息元件11对准，具体为：

干涉仪16发出的光束经过第一对准衍射区域0发生反射，在干涉仪16的内部形成了干涉条纹，调整计算全息元件11的位置，直至干涉条纹接近零条纹，则干涉仪16与计算全息元件11对准。

本实施方式中，所述的步骤S3中，所述的消除了干涉仪16与镜筒外壳10倾斜偏差，具体为：

干涉仪16发出的光束经过第二对准衍射区域3发生衍射，再经过镜筒外壳10的反射区域进行反射后，在干涉仪16的内部形成了干涉条纹，调整镜筒外壳10的位置，直至条纹彗差项消失，则干涉仪16与镜筒外壳10倾斜偏差消除。

本实施方式中，所述的步骤S5中，所述的消除了第四调整机构9与镜筒外壳10倾斜偏差，具体为：

干涉仪16发出的光束经过第二对准衍射区域3发生衍射，再经过第四调整机构9的反射区域进行反射后，在干涉仪16的内部形成了干涉条纹，调整第四调整机构9倾斜，直至条纹彗差项消失，则第四调整机构9与镜筒外壳10倾斜偏差消除。

本实施方式中，所述的步骤S6中，所述的第四透镜15装调完毕，具体为：

干涉仪16发出的光束经过第四检测衍射区域5发生衍射，再经过第四透镜15进行反射后，在干涉仪16内形成了干涉条纹，调整第四调整机构9偏心与轴向距离，直至干涉条纹接近零条纹，则第四透镜15装调完毕；

所述的步骤S9中，所述的第三透镜14装调完毕，具体为：

干涉仪16发出的光束经过第三检测衍射区域4发生衍射，再经过第三透镜14进行反射后，在干涉仪16内形成了干涉条纹，调整第三调整机构8偏心与轴向距离，直至干涉条纹接近零条纹，则第三透镜14装调完毕；

所述的步骤S12中，所述的第二透镜13装调完毕，具体为：

干涉仪16发出的光束经过第二检测衍射区域2发生衍射，再经过第二透镜13进行反射后，在干涉仪16内形成了干涉条纹，调整第二调整机构7偏心与轴向距离，直至干涉条纹接近零条纹，则第二透镜13装调完毕；

所述的步骤S15中，所述的第一透镜12装调完毕，具体为：

干涉仪16发出的光束经过第一检测衍射区域1发生衍射，再经过第一透镜12进行反射后，在干涉仪16内形成了干涉条纹，调整第一调整机构6偏心与轴向距离，直至干涉条纹接近零条纹，则第一透镜12装调完毕。

本实施方式中，如图3所示，干涉仪16发出的光束经过计算全息元件11后，产生与不同衍射区域一一对应的波前面型，分别与中心光轴交汇于不同的位置。

本实施方式所述的计算全息的亚微米级多环带多级次对准检测方法，具体步骤如下：

步骤S1，将干涉仪16与计算全息元件11的中心放置于同一光轴；

步骤S2，如图4所示，干涉仪16发出的光束经过计算全息元件11的表面后，到达衍射面A，经过第一对准衍射区域0的光束发生衍射，其中一部分光束发生反射至干涉仪16，使得干涉仪16内部形成了干涉条纹，调整计算全息元件11位置的同时观察干涉条纹，直至干涉仪16内部干涉条纹接近零条纹，则实现了对准干涉仪16与计算全息元件11；

步骤S3，如图5所示，干涉仪16发出的光束经过计算全息元件11的第二对准衍射区域3发生衍射后，形成理想波前，到达镜筒外壳10的反射区域发生反射，包含位置误差信息的波前再次经过计算全息元件11返回至干涉仪16，使得干涉仪16内部形成了干涉条纹，调整镜筒外壳10的位置的同时观察干涉条纹，直至条纹彗差项消失，则干涉仪16与镜筒外壳10倾斜偏差消除；

步骤S4，将定心仪装调好的第四透镜15与第四调整机构9放置在理论位置附近；

步骤S5，如图6所示，干涉仪16发出的光束经过计算全息元件11的第二对准衍射区域3发生衍射后，形成理想波前，到达第四调整机构9的反射区域发生反射，包含位置偏差信息的波前再次经过计算全息元件11返回到干涉仪16，使得干涉仪16内部形成了干涉条纹，调整第四调整机构9倾斜的同时观察干涉条纹，直至条纹彗差项消失，则镜筒外壳10与第四透镜15倾斜偏差消除；

步骤S6，如图7所示，干涉仪16发出的光束经过计算全息元件11的第四检测衍射区域5发生衍射后，形成理想波前，到达第四透镜15的表面发生反射，包含位置偏差信息的波前再次经过计算全息元件11后返回干涉仪16，使得干涉仪16内部形成了干涉条纹，调整第四调整机构9偏心与轴向距离的同时观察干涉条纹，直至干涉条纹接近零条纹，则第四透镜15位于理论位置；

步骤S7，将定心仪装调好的第三透镜14与第三调整机构8放置在理论位置附近；

步骤S8，如图8所示，干涉仪16发出的光束经过计算全息元件11的第二对准衍射区域3发生衍射后，形成理想波前，到达第三调整机构8的反射区域发生反射，包含位置偏差信息的波前再次经过计算全息元件11返回到干涉仪16，使得干涉仪16内部形成了干涉条纹，调整第三调整机构8倾斜的同时观察干涉条纹，直至条纹彗差项消失，则镜筒外壳10与第三透镜14倾斜偏差消除；

步骤S9，如图9所示，干涉仪16发出的光束经过计算全息元件11的第三检测衍射区域4发生衍射后，形成理想波前，到达第三透镜14的表面发生反射，包含位置偏差信息的波前再次经过计算全息元件11后返回干涉仪16，使得干涉仪16内部形成了干涉条纹，调整第三调整机构8偏心与轴向距离的同时观察条纹，直至干涉条纹接近零条纹，则第三透镜14位于理论位置；

步骤S10，将定心仪装调好的第二透镜13与第二调整机构7放置在理论位置附近；

步骤S11，如图10所示，干涉仪16发出的光束经过计算全息元件11的第二对准衍射区域3发生衍射后，形成理想波前，到达第二调整机构7的反射区域发生反射，包含位置偏差信息的波前再次经过计算全息元件11返回到干涉仪16，使得干涉仪16内部形成了干涉条纹，调整第二调整机构7倾斜的同时观察干涉条纹，直至条纹彗差项消失，则镜筒外壳10与第二透镜13倾斜偏差消除；

步骤S12，如图11所示，干涉仪16发出的光束经过计算全息元件11的第二检测衍射区域2发生衍射后，形成理想波前，到达第二透镜13的表面发生反射，包含位置偏差信息的波前再次经过计算全息元件11后返回干涉仪16，使得干涉仪16内部形成了干涉条纹，调整第二调整机构7偏心与轴向距离的同时观察干涉条纹，直至干涉条纹接近零条纹，则第二透镜13位于理论位置；

步骤S13，将定心仪装调好的第一透镜12与第一调整机构6放置在理论位置附近；

步骤S14，如图12所示，干涉仪16发出的光束经过计算全息元件11的第二对准衍射区域3发生衍射后，形成理想波前，到达第一调整机构6的反射区域发生反射，包含位置偏差信息的波前再次经过计算全息元件11返回到干涉仪16，使得干涉仪16内部形成了干涉条纹，调整第一调整机构6倾斜的同时观察干涉条纹，直至条纹彗差项消失，则镜筒外壳10与第一透镜12倾斜偏差消除；

步骤S15，如图13所示，干涉仪16发出的光束经过计算全息元件11的第一检测衍射区域1发生衍射后，形成理想波前，到达第一透镜12的表面发生反射，包含位置偏差信息的波前再次经过计算全息元件11后返回干涉仪16，使得干涉仪16内部形成了干涉条纹，调整第一调整机构6偏心与轴向距离的同时观察干涉条纹，直至干涉条纹接近零条纹，则第一透镜12位于理论位置；

综上，本实施方式是通过计算全息元件11的第二对准衍射区域3与镜筒外壳10的对准，消除了二者之间的倾斜偏差，将四个透镜依次放置于四个调整机构处，通过计算全息元件11不同的检测衍射区域与干涉仪16发出的光束所产生的理想波前，观察干涉条纹的同时，实时监测装调结果，可以实现快速精准的装调方案。

以上对本发明所提出的计算全息的亚微米级多环带多级次对准检测装置与方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (11)

1.计算全息的亚微米级多环带多级次对准检测装置，其特征在于，所述的检测装置包括第一调整机构（6）、第二调整机构（7）、第三调整机构（8）、第四调整机构（9）、镜筒外壳（10）、计算全息元件（11）、第一透镜（12）、第二透镜（13）、第三透镜（14）、第四透镜（15）和干涉仪（16）；

所述的干涉仪（16）、计算全息元件（11）、第一透镜（12）、第二透镜（13）、第三透镜（14）和第四透镜（15）依次排列且同轴放置；

所述的第一调整机构（6）固定在第一透镜（12）的两端；

所述的第二调整机构（7）固定在第二透镜（13）的两端；

所述的第三调整机构（8）固定在第三透镜（14）的两端；

所述的第四调整机构（9）固定在第四透镜（15）的两端；

所述的第一调整机构（6）、第二调整机构（7）、第三调整机构（8）和第四调整机构（9）均固定在镜筒外壳（10）的内部；

所述的计算全息元件（11）一侧表面设置有衍射面（A）；

所述的衍射面（A）刻画出多个衍射条纹区域；

所述的多个衍射条纹区域包括第一对准衍射区域（0）、第二对准衍射区域（3）、第一检测衍射区域（1）、第二检测衍射区域（2）、第三检测衍射区域（4）和第四检测衍射区域（5）；

所述的第一检测衍射区域（1）、第二检测衍射区域（2）、第四检测衍射区域（5）、第三检测衍射区域（4）和第一对准衍射区域（0）由内到外以同心圆依次排列；

所述的第二对准衍射区域（3）沿径向方向横贯第四检测衍射区域（5）和第三检测衍射区域（4），且以第一检测衍射区域（1）的圆心为中心点对称分布。

2.根据权利要求1所述的计算全息的亚微米级多环带多级次对准检测装置，其特征在于，所述的第一调整机构（6）、第二调整机构（7）、第三调整机构（8）和第四调整机构（9）均采用柔性支撑结构。

3.根据权利要求1所述的计算全息的亚微米级多环带多级次对准检测装置，其特征在于，所述的第一调整机构（6）、第二调整机构（7）、第三调整机构（8）、第四调整机构（9）和镜筒外壳（10）均设置有反射区域。

4.根据权利要求1所述的计算全息的亚微米级多环带多级次对准检测装置，其特征在于，所述的多个衍射条纹区域均采用相位型。

5.根据权利要求1所述的计算全息的亚微米级多环带多级次对准检测装置，其特征在于，所述的第一对准衍射区域（0）采用+3级衍射光强；

所述的第二对准衍射区域（3）、第一检测衍射区域（1）、第二检测衍射区域（2）、第三检测衍射区域（4）和第四检测衍射区域（5）均采用+1级衍射光强。

6.计算全息的亚微米级多环带多级次对准检测方法，所述的检测方法是基于权利要求1-5中任一所述的计算全息的亚微米级多环带多级次对准检测装置实现的，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，将干涉仪（16）与计算全息元件（11）的中心放置于同一光轴；

步骤S2，利用第一对准衍射区域（0）将计算全息元件（11）与干涉仪（16）产生的干涉条纹调整至接近零条纹，则实现了干涉仪（16）与计算全息元件（11）对准；

步骤S3，利用第二对准衍射区域（3）将镜筒外壳（10）与干涉仪（16）产生的干涉条纹调整至接近零条纹，则消除了干涉仪（16）与镜筒外壳（10）倾斜偏差；

步骤S4，将第四透镜（15）与第四调整机构（9）放置于理论位置附近；

步骤S5，利用第二对准衍射区域（3）将第四调整机构（9）与干涉仪（16）产生的干涉条纹调整至条纹彗差项消失，则消除了第四调整机构（9）与镜筒外壳（10）倾斜偏差；

步骤S6，利用第四检测衍射区域（5）将第四透镜（15）与干涉仪（16）产生的干涉条纹调整至接近零条纹，则第四透镜（15）装调完毕；

步骤S7，将第三透镜（14）与第三调整机构（8）放置于理论位置附近；

步骤S8，第三调整机构（8）执行步骤S5操作，则消除了第三调整机构（8）与镜筒外壳（10）倾斜偏差；

步骤S9，利用第三检测衍射区域（4）将第三透镜（14）与干涉仪（16）产生的干涉条纹调整至接近零条纹，则第三透镜（14）装调完毕；

步骤S10，将第二透镜（13）与第二调整机构（7）放置于理论位置附近；

步骤S11，第二调整机构（7）执行步骤S5操作，则消除了第二调整机构（7）与镜筒外壳（10）倾斜偏差；

步骤S12，利用第二检测衍射区域（2）将第二透镜（13）与干涉仪（16）产生的干涉条纹调整至接近零条纹，则第二透镜（13）装调完毕；

步骤S13，将第一透镜（12）与第一调整机构（6）放置于理论位置附近；

步骤S14，第一调整机构（6）执行步骤S5操作，则消除了第一调整机构（6）与镜筒外壳（10）倾斜偏差；

步骤S15，利用第一检测衍射区域（1）将第一透镜（12）与干涉仪（16）产生的干涉条纹调整至接近零条纹，则第一透镜（12）装调完毕。

7.根据权利要求6所述的计算全息的亚微米级多环带多级次对准检测方法，其特征在于，所述的理论位置附近为光学设计中的理论位置附近。

8.根据权利要求6所述的计算全息的亚微米级多环带多级次对准检测方法，其特征在于，所述的步骤S2中，所述的实现了干涉仪（16）与计算全息元件（11）对准，具体为：

干涉仪（16）发出的光束经过第一对准衍射区域（0）发生反射，在干涉仪（16）的内部形成了干涉条纹，调整计算全息元件（11）的位置，直至干涉条纹接近零条纹，则干涉仪（16）与计算全息元件（11）对准。

9.根据权利要求6所述的计算全息的亚微米级多环带多级次对准检测方法，其特征在于，所述的步骤S3中，所述的消除了干涉仪（16）与镜筒外壳（10）倾斜偏差，具体为：

干涉仪（16）发出的光束经过第二对准衍射区域（3）发生衍射，再经过镜筒外壳（10）的反射区域进行反射后，在干涉仪（16）的内部形成了干涉条纹，调整镜筒外壳（10）的位置，直至条纹彗差项消失，则干涉仪（16）与镜筒外壳（10）倾斜偏差消除。

10.根据权利要求6所述的计算全息的亚微米级多环带多级次对准检测方法，其特征在于，所述的步骤S5中，所述的消除了第四调整机构（9）与镜筒外壳（10）倾斜偏差，具体为：

干涉仪（16）发出的光束经过第二对准衍射区域（3）发生衍射，再经过第四调整机构（9）的反射区域进行反射后，在干涉仪（16）的内部形成了干涉条纹，调整第四调整机构（9）倾斜，直至条纹彗差项消失，则第四调整机构（9）与镜筒外壳（10）倾斜偏差消除。

11.根据权利要求6所述的计算全息的亚微米级多环带多级次对准检测方法，其特征在于，所述的步骤S6中，所述的第四透镜（15）装调完毕，具体为：

干涉仪（16）发出的光束经过第四检测衍射区域（5）发生衍射，再经过第四透镜（15）进行反射后，在干涉仪（16）内形成了干涉条纹，调整第四调整机构（9）偏心与轴向距离，直至干涉条纹接近零条纹，则第四透镜（15）装调完毕；

所述的步骤S9中，所述的第三透镜（14）装调完毕，具体为：

干涉仪（16）发出的光束经过第三检测衍射区域（4）发生衍射，再经过第三透镜（14）进行反射后，在干涉仪（16）内形成了干涉条纹，调整第三调整机构（8）偏心与轴向距离，直至干涉条纹接近零条纹，则第三透镜（14）装调完毕；

所述的步骤S12中，所述的第二透镜（13）装调完毕，具体为：

干涉仪（16）发出的光束经过第二检测衍射区域（2）发生衍射，再经过第二透镜（13）进行反射后，在干涉仪（16）内形成了干涉条纹，调整第二调整机构（7）偏心与轴向距离，直至干涉条纹接近零条纹，则第二透镜（13）装调完毕；

所述的步骤S15中，所述的第一透镜（12）装调完毕，具体为：

干涉仪（16）发出的光束经过第一检测衍射区域（1）发生衍射，再经过第一透镜（12）进行反射后，在干涉仪（16）内形成了干涉条纹，调整第一调整机构（6）偏心与轴向距离，直至干涉条纹接近零条纹，则第一透镜（12）装调完毕。