[發(fā)明專利]離軸拋物面鏡失調(diào)的調(diào)節(jié)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310043825.0
• 申請(qǐng)日: 2023-01-29
• 公開（公告）號(hào): CN115981022A
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張棟俊;姚修宇;朱坪;易友建;康海濤;謝興龍;朱健強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): G02B27/62
• 分類號(hào): G02B27/62;G02B7/198;G06T7/11;G06T7/187;G06T7/00;G06N3/0464;G06N3/08
• 代理公司: 上海恒慧知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種離軸拋物面鏡失調(diào)的調(diào)節(jié)方法，該方法通過圖像傳感器對(duì)離軸拋物面鏡焦斑進(jìn)行單次記錄，利用含有深度學(xué)習(xí)模型的圖像處理單元分析變形的焦斑，獲得當(dāng)前離軸拋物面鏡的失調(diào)誤差，再通過所述的多軸調(diào)節(jié)裝置實(shí)現(xiàn)離軸拋物面鏡的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)。本方法具有魯棒性強(qiáng)、精度高、全自動(dòng)化、速度快的優(yōu)點(diǎn)，有助于離軸拋物面鏡的高效調(diào)節(jié)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及離軸拋物面鏡，特別是一種離軸拋物面鏡失調(diào)的調(diào)節(jié)方法。

背景技術(shù)

由于離軸拋物面鏡屬于沒有單色像差和非線性效應(yīng)的離軸反射型元件，非常適用于作為成像測(cè)量以及強(qiáng)激光聚焦的光學(xué)元件，在天文、航空、高功率激光等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。但相比傳統(tǒng)的非離軸光學(xué)元件，離軸拋物面鏡的容差很小，對(duì)裝調(diào)精度要求極高，微小的失調(diào)誤差都會(huì)導(dǎo)致焦斑的嚴(yán)重退化。因此，在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，需要對(duì)離軸拋物面鏡進(jìn)行高質(zhì)量調(diào)節(jié)。現(xiàn)有的離軸拋物面鏡校準(zhǔn)方法主要是基于分析焦斑強(qiáng)度分布來調(diào)節(jié)，無法根據(jù)焦斑形態(tài)直接測(cè)量出失調(diào)量，因此實(shí)際過程需要通過多次反復(fù)調(diào)節(jié)來逐漸逼近最優(yōu)焦斑，調(diào)節(jié)過程繁瑣，影響實(shí)驗(yàn)效率。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有離軸拋物面鏡光路失調(diào)測(cè)量方法的不足，本發(fā)明提出了一種離軸拋物面鏡失調(diào)的調(diào)節(jié)方法。本方法具有魯棒性強(qiáng)、精度高、全自動(dòng)化、速度快的優(yōu)點(diǎn)，有助于離軸拋物面鏡的高效調(diào)節(jié)。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種離軸拋物面鏡失調(diào)的調(diào)節(jié)方法，其特點(diǎn)在于，該方法包括如下步驟：

1)離軸拋物面鏡固定在多軸調(diào)節(jié)裝置的控制端，圖像傳感器位于所述的離軸拋物面鏡焦點(diǎn)位置，所述的圖像傳感器的輸出端與含有深度學(xué)習(xí)模型的圖像處理單元的輸入端相連，所述的含有深度學(xué)習(xí)模型的圖像處理單元的輸出端與所述的多軸調(diào)節(jié)裝置的輸入端相連，將所述的輸入光源的輸出光經(jīng)過所述的離軸拋物面鏡聚焦并入射到所述的圖像傳感器中，成像出焦斑圖像；

2)所述的圖像傳感器將所述的焦斑圖像輸入所述的含有深度學(xué)習(xí)模型的圖像處理單元；

3)所述的含有深度學(xué)習(xí)模型的圖像處理單元對(duì)所述的焦斑圖像進(jìn)行處理后，顯示當(dāng)前焦斑圖像對(duì)應(yīng)的離軸拋物面鏡的光軸與輸入光源的光軸的N個(gè)元素的誤差向量，并向所述的多軸調(diào)節(jié)裝置輸出，其中，N是所述的多軸調(diào)節(jié)裝置的可調(diào)整維度，N個(gè)元素的誤差向量X1、X2、……、XN相對(duì)應(yīng)維度的誤差向量的元素值為E1、E2、……、EN；

4)所述的多軸調(diào)節(jié)裝置根據(jù)所述的N個(gè)元素的誤差向量的元素值E1、E2、……、EN，通過所述的多軸調(diào)節(jié)裝置對(duì)應(yīng)維度的調(diào)節(jié)，使所述的離軸拋物面鏡的光軸與所述的輸入光源的光軸的誤差達(dá)到最小，即完成所述的離軸拋物面鏡的失調(diào)的調(diào)節(jié)。

所述的含有預(yù)訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)模型的圖像處理單元對(duì)所述的焦斑圖像的處理方法包括下列步驟：

1)對(duì)輸入的焦斑圖像進(jìn)行圖像分割預(yù)處理，從大面積的背景中分割出焦斑區(qū)域；

2)對(duì)分割后的焦斑圖像進(jìn)行圖像增強(qiáng)處理，提升分辨率，適配算法模型；

3)將增強(qiáng)處理后的焦斑圖像輸入預(yù)訓(xùn)練完成的CNN回歸網(wǎng)絡(luò)，輸出并顯示誤差向量，誤差向量的每個(gè)元素分別對(duì)應(yīng)所述多軸調(diào)節(jié)裝置的一個(gè)可調(diào)整維度，所述的一個(gè)可調(diào)整維度的元素值即為所述的多軸調(diào)節(jié)裝置對(duì)應(yīng)調(diào)整維度的誤差。

所述的含有預(yù)訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)模型的圖像處理單元在CNN回歸網(wǎng)絡(luò)預(yù)訓(xùn)練前的工作，包括下列步驟：

1)根據(jù)當(dāng)前實(shí)驗(yàn)器件的參數(shù)，基于所述的離軸拋物面鏡的光傳輸模型，獲取所述的離軸拋物面鏡的調(diào)節(jié)誤差對(duì)應(yīng)的焦斑強(qiáng)度圖的數(shù)據(jù)集；

2)通過調(diào)節(jié)所述的離軸拋物面鏡的光傳輸模型的輸入光束參數(shù)，如束腰半徑、通光口徑等，獲取不同輸入光參數(shù)下所述的離軸拋物面鏡調(diào)節(jié)誤差所對(duì)應(yīng)的焦斑強(qiáng)度圖的數(shù)據(jù)集；