[發明專利]一種基于數字全息的高數值孔徑半球面形檢測系統

在審

• 申請號: 201510853973.4
• 申請日: 2015-11-30
• 公開（公告）號: CN105300312A
• 公開（公告）日: 2016-02-03
• 發明（設計）人: 潘鋒;肖文;呂曉云;董斌;侯雪琴;車蕾平
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B9/023
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 趙文穎

1.一種基于數字全息的高數值孔徑半球面形檢測系統，包括全息檢測光路、高數值孔徑標準會聚球面波產生裝置、半球工裝、4維組合機械定位臺；

全息檢測光路包括激光光源、A半波片、偏振分光棱鏡、第一光束準直單元、B半波片、第二光束準直單元、光束偏轉單元、非偏振分光棱鏡和CCD相機；

激光光源產生的激光1-1a經過A半波片形成激光1-2a，輸入至偏振分光棱鏡，偏振分光棱鏡將入射的激光1-2a分為兩束偏振方向正交的空間線偏振光1-3a和1-3b，分別輸入至第一光束準直單元和B半波片中；

空間線偏振光1-3b經過B半波片后，進入第二光束調整單元，經過濾波、準直、擴束后輸出平行光1-6a，進入光束偏轉單元中，光束偏轉單元對接收的光束1-6a進行方向折轉后，輸出光束1-7a，進入非偏振分光棱鏡1-8；

空間線偏振光1-3a直接進入第一光束準直單元，經過濾波、準直、擴束后輸出平行光1-4a，進而經過非偏振分光棱鏡后輸出平行光1a，進入高數值孔徑標準會聚球面波產生裝置中；

非偏振分光棱鏡接收半球工裝表面反射回并經由高數值孔徑標準會聚球面波產生裝置調制的光線2b，將其折轉后輸出光束1-8b，進入到CCD相機中，光束偏轉單元折轉的平行光束1-7a經由非偏振分光棱鏡，形成參考光1-8a，進入CCD相機中，光束1-8b與參考光1-8a在CCD相機的光敏面進行干涉，CCD相機捕獲和記錄數字全息圖；

高數值孔徑標準會聚球面波產生裝置包括5倍擴束鏡和小F數激光激光鏡頭；

5倍擴束鏡接收全息檢測光路出射的平行光1a并對其進行5倍擴束，擴束后的平行光2-1a進入小F數激光鏡頭后出射大口徑角的會聚光束2a，輸出至被測半球工裝；同時，高數值孔徑標準會聚球面波產生裝置2接收半球工裝3表面反射的球面波3a，通過F數激光鏡頭2-2形成光2-2a，光2-2a經過5倍擴束鏡2-1形成小口徑的平行光束2b，輸出至非偏振分光棱鏡；

4維組合定位機械定位臺包括水平方向二維平移臺、垂直方向一維平移臺和一維旋轉臺，三者依次從下往上進行裝配組合，半球工裝固定在一維旋轉臺上，其對稱軸與一維旋轉臺的旋轉軸重合；一維旋轉臺能夠將被測半球工裝進行360度旋轉，水平方向二維平移臺和垂直方向一維平移臺配合，使半球工裝的球心與照明會聚標準球面光2a的焦點重合；一維旋轉臺用于子孔徑獲取時半球工裝相對于系統光路的定位。

2.根據權利要求1所述的一種基于數字全息的高數值孔徑半球面形檢測系統，所述的偏振分光棱鏡與A半波片、B半波片配合，調整兩束偏振方向正交空間線偏振光1-3a和1-3b的光強比和偏振方向，通過A半波片與偏振分光棱鏡配合調節兩束光的分光比，使半球工裝表面反射回并經過高數值孔徑標準會聚球面波產生裝置的光線2b與參考光1-8a的光強比約1:1。

3.根據權利要求1所述的一種基于數字全息的高數值孔徑半球面形檢測系統，所述的第一光束準直單元和第二光束準直單元具有相同結構，均由空間濾波器和平凸透鏡構成。

4.根據權利要求1所述的一種基于數字全息的高數值孔徑半球面形檢測系統，所述的高數值孔徑標準會聚球面波產生裝置由5倍擴束鏡和小F數激光激光鏡頭組合而成，其F數為0.65，像方孔徑角43.13度，出射光線的口徑角為102mm，像方焦距為30mm，能夠微量調節入射激光的平行度，為被測半球工裝的高精度三維形貌測量提供高數值孔徑的標準會聚球面波。