[發(fā)明專利]一種精確測(cè)量大口徑光學(xué)平面基自由曲面面形精度的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110439188.6
• 申請(qǐng)日: 2011-12-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102564342A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 范鏑
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
• 主分類號(hào): G01B11/24
• 分類號(hào): G01B11/24
• 代理公司: 長(zhǎng)春菁華專利商標(biāo)代理事務(wù)所 22210
• 代理人: 陶尊新

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種精確測(cè)量大口徑光學(xué)平面基自由曲面面形精度的方法。

背景技術(shù)

光學(xué)自由曲面沒(méi)有嚴(yán)格確切的定義，通常是指無(wú)法用球面或者非球面系數(shù)來(lái)表示的光學(xué)曲面，主要是指非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的曲面或者只能用參數(shù)向量來(lái)表示的曲面(如NURBS曲面)。光學(xué)自由曲面已經(jīng)在日常生活的各個(gè)方面獲得了愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用，如復(fù)印機(jī)、打印機(jī)以及彩色激光電視中都要用到光學(xué)自由曲面；另外，光學(xué)自由曲面作為共形光學(xué)系統(tǒng)中的元件已經(jīng)用于飛機(jī)的機(jī)窗，這不但極大地提高了飛機(jī)本身的空氣動(dòng)力學(xué)特性，同時(shí)也消除了高階像差。雖然光學(xué)自由曲面已經(jīng)取得了越來(lái)越多的應(yīng)用，大口徑(口徑大于200mm)平面基光學(xué)自由曲面無(wú)論是制作成本還是其加工的精度都遠(yuǎn)不能和其他球面基自由曲面和小口徑(口徑小于200mm)平面基光學(xué)自由曲面相比，其中的主要障礙之一是面形的精密檢測(cè)。

當(dāng)前，測(cè)量光學(xué)自由曲面的方法有很多，有接觸式輪廓測(cè)量技術(shù)，數(shù)字樣板干涉技術(shù)，數(shù)字樣板結(jié)合子孔徑拼接干涉技術(shù)，計(jì)算全息技術(shù)(CGH)和反射光柵攝影測(cè)量技術(shù)等。但是這些方法在檢測(cè)大口徑(口徑大于200mm)平面基光學(xué)自由曲面時(shí)都有各自的缺陷：如數(shù)字樣板干涉技術(shù)和計(jì)算全息技術(shù)(CGH)檢測(cè)范圍小；接觸式輪廓測(cè)量技術(shù)測(cè)量精度低，測(cè)量點(diǎn)是離散的，缺乏連續(xù)性，檢測(cè)周期長(zhǎng)；數(shù)字樣板結(jié)合子孔徑拼接干涉技術(shù)隨機(jī)誤差大，拼接裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，檢測(cè)周期長(zhǎng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決現(xiàn)有測(cè)量光學(xué)自由曲面的方法存在檢測(cè)范圍小、測(cè)量數(shù)度低、檢測(cè)周期長(zhǎng)，并且測(cè)量點(diǎn)是離散的、缺乏連續(xù)性，同時(shí)測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴的問(wèn)題，提供一種精確測(cè)量大口徑光學(xué)平面基自由曲面面形精度的方法。

一種精確測(cè)量大口徑光學(xué)平面基自由曲面面形精度的方法，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn)：

步驟一、根據(jù)被檢測(cè)平面基自由曲面的面形數(shù)據(jù)與口徑和離軸拋物鏡的口徑、焦距和離軸量數(shù)據(jù)采用激光直寫(xiě)技術(shù)在玻璃基底上制作計(jì)算全息圖；

步驟二、調(diào)整激光干涉儀與離軸拋物鏡的位置，使激光干涉儀發(fā)出球面波焦點(diǎn)與離軸拋物鏡的焦點(diǎn)重合，并且球面波前經(jīng)過(guò)離軸拋物鏡的反射后形成與離軸拋物鏡的有效口徑等大的平面波前；

步驟三、調(diào)整步驟一獲得的計(jì)算全息圖的位置，使激光干涉儀發(fā)出的球面波前經(jīng)過(guò)計(jì)算全息圖和離軸拋物鏡后，獲得與標(biāo)準(zhǔn)自由曲面波前一致的波前；

步驟四、調(diào)整被檢測(cè)平面基自由曲面的位置，使激光干涉儀發(fā)出的球面波前經(jīng)過(guò)計(jì)算全息圖和離軸拋物鏡后與步驟三產(chǎn)生的波前發(fā)生干涉，產(chǎn)生干涉條紋；

步驟五、采用激光干涉儀測(cè)量步驟四獲得的干涉條紋，獲得被檢測(cè)平面基自由曲面的面形精度。

本發(fā)明的工作原理：首先，進(jìn)行計(jì)算全息圖的制造，根據(jù)被檢平面基自由曲面的相關(guān)數(shù)據(jù)和離軸拋物鏡的口徑、焦距、離軸量等數(shù)據(jù)利用激光直寫(xiě)技術(shù)在玻璃基底上制作計(jì)算全息圖；再將數(shù)字激光干涉儀、計(jì)算全息圖、和大口徑離軸拋物鏡安置在預(yù)設(shè)位置，使得數(shù)字激光干涉儀發(fā)出的理想球面波通過(guò)計(jì)算全息圖后形成的一級(jí)衍射光經(jīng)過(guò)離軸拋物鏡反射后形成的波前與理想被檢自由曲面波前一致；最后將被檢平面基自由曲面安置在預(yù)設(shè)位置，與其他設(shè)備形成干涉檢測(cè)光路，利用數(shù)字干涉儀進(jìn)行干涉測(cè)量，直接得到被檢自由曲面的面形精度數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種大口徑(口徑大于200mm)平面基光學(xué)自由曲面面形精度進(jìn)行精確測(cè)量的技術(shù)，該技術(shù)能夠精確實(shí)現(xiàn)對(duì)大口徑(口徑大于200mm)平面基光學(xué)自由曲面的面形精度進(jìn)行測(cè)量，數(shù)據(jù)處理和數(shù)學(xué)運(yùn)算簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單易行，測(cè)量時(shí)間短、測(cè)試成本低；本發(fā)明通過(guò)擴(kuò)充激光干涉儀、CGH和離軸拋物鏡的現(xiàn)有功能，能夠準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)對(duì)大口徑平面基自由曲面面形精度的測(cè)量。該方法物理概念明確，數(shù)據(jù)處理和數(shù)學(xué)運(yùn)算簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單易行，檢測(cè)成本低，測(cè)試時(shí)間短。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的測(cè)量大口徑平面基自由曲面面形精度的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的測(cè)量大口徑平面基自由曲面面形精度的流程圖。

具體實(shí)施方式

結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，一種精確測(cè)量大口徑光學(xué)平面基自由曲面面形精度的方法，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn)：

一、制作計(jì)算全息圖(CGH)2，根據(jù)被檢平面基自由曲面1的相關(guān)數(shù)據(jù)和離軸拋物鏡3的口徑、焦距、離軸量等數(shù)據(jù)利用激光直寫(xiě)技術(shù)在玻璃基底上制作CGH，使得激光干涉儀1發(fā)出的球面波前經(jīng)過(guò)CGH和離軸拋物鏡3后，達(dá)到特定距離時(shí)與理想自由曲面波前一致；