[發明專利]一種大口徑非球面朗奇檢測方法

無效

• 申請號: 201110362352.8
• 申請日: 2011-11-16
• 公開（公告）號: CN102506759A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 蘇顯渝;郭春鳳;陳文靜;張啟燦;向立群;曹益平;劉元坤
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種光學檢測技術，特別是涉及旋轉對稱的大口徑非球面鏡在細磨和初拋光階段的檢測，屬于先進光學制造與檢測技術領域。

背景技術

非球面鏡具有增加光學設計的自由度、簡化系統結構、減輕重量、以及改善光學系統的像質等優點。隨著先進光學制造技術的發展以及對成像質量要求的提高，非球面鏡正在廣泛地應用于空間通訊、天體觀察、軍事及民用工業中。然而，相對于球面鏡而言，非球面鏡的制造要困難得多，這對其加工和檢測技術提出了更高的要求。

目前，非球面鏡的檢測技術主要有面形輪廓法、零位補償法和朗奇檢驗法等。三坐標測量儀是面形輪廓法中的一種檢測儀器，它采用測量頭直接作用在非球面鏡表面上，直接測出非球面鏡表面各點的三維坐標值，這種測量方法精度高，但是測量頭容易損傷被測鏡表面，測量效率較低，而且測量的口徑也受到限制。

零位補償法需要在檢測系統中放置補償器，以補償被測非球面產生的球差。其原理是干涉儀發出的各光線經過補償系統后沿非球面的法線入射到非球面上，被鏡面反射后沿原路返回，與參考波進行干涉。如果補償后的波前與參考波前完全匹配，那么干涉條紋就是直條紋，否則，干涉條紋為彎曲條紋，條紋的彎曲程度反映了被測非球面相對其理想面形的偏差。雖然零位檢測法的精度很高，但是對于每一種類型非球面鏡必須專門設計和制作相應的補償器，缺乏通用性，而且補償器的制作、檢測和裝配精度將直接影響檢測結果。

朗奇法既可定性也可以定量地檢測非球面鏡的面形。它主要是根據實際條紋相對其理想條紋的變形來計算被測鏡面相對其理想面形偏差。按照光柵上條紋是否彎曲朗奇檢測法可以分為標準朗奇檢測法和零朗奇檢測法。利用標準朗奇法檢測鏡面時，理想條紋是彎曲的，而用零朗奇法檢測鏡面時，理想條紋是直的。因此，零朗奇檢測法使技術人員更容易依據條紋的彎曲程度來定性判斷被測鏡面的偏差。另外，零朗奇檢測法還可以避免衍射效應引起的條紋擴散，從而提高了檢測精度。然而，傳統的零朗奇檢測法有一些缺陷，1）它不能提供足夠的測量數據，這主要是因為得不到各條紋之間區域的信息；2）同軸檢測形成的疊柵條紋圖會給測量結果帶來誤差；3）傳統的補償光柵上各個帶的邊緣有鋸齒形狀；4）檢測不同的鏡面時，必須專門制作相應的補償光柵，給實際檢測帶來不便。

發明內容

本發明的目的是針對上述現有技術中存在的不足，提出一種使用離軸點光源的大口徑非球面朗奇檢測方法。該方法能夠實現對大口徑非球面的非接觸全場檢測，它可以避免同軸朗奇檢測方法中疊柵條紋圖給測量結果帶來的誤差，消除補償光柵上每個條紋帶邊緣的鋸齒形狀，獲得鏡面上足夠多的待測點信息，無需為每一種類型的非球面鏡專門制作相應的補償光柵。

本發明的目的是采用下述技術方案來實現的：

檢測裝置主要由被測鏡面、光纖、光纖照明光源、CCD攝像機、透射液晶顯示屏及計算機組成。其中透射液晶顯示屏用于顯示垂直和水平兩個方向的補償正弦光柵，并作為相移裝置，垂直于被測鏡面的光軸放置。補償正弦光柵上的彎曲條紋是根據理想面形上給定的直正弦條紋的相位信息和光線追跡設計的，選用正弦條紋是因為它上面的每一點都有相位，那么設計的補償光柵上每一點也都帶有相位。對于不同位置的補償光柵，彎曲條紋的形狀不同，因此必須對某一給定的位置設計相應的補償光柵。由于非球面性的補償嚴重地依賴于補償光柵設計的位置，因此必須將補償光柵精確地放置在設計時所設定的位置。為此，在顯示光柵的屏上顯示一個環形的標記，使該標記與被測鏡面邊緣在屏上的投影重合，來確保補償正弦光柵放在設計的位置。