[發明專利]大口徑平面光學元件面形的子孔徑拼接檢測技術及裝置

在審

• 申請號: 201611222160.6
• 申請日: 2016-12-27
• 公開（公告）號: CN106989689A
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: 李大海;鄂可偉;王琴;章濤
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出了一種大口徑平面光學元件面形的子孔徑拼接檢測技術及裝置。使用該技術測量光學元件時，基本器件包括多個針孔攝像機，平面光學元件，顯示器組成。在顯示器上顯示一系列正弦編碼的周期變化的條紋圖，經過被測面反射后被多個針孔相機同時采集。為避免后表面反射光的干擾，使用譜估計算法計算反射光線在顯示器平面的坐標，并引入一個光線追跡求參考坐標面為參照的方法來實現參考面和被測面的精確復位，從而扣除測試系統系統誤差。多相機得到的斜率數據采用子孔徑拼接算法得到被測全孔徑上的斜率分布，進而積分得到大口徑平面光學元件面形分布。設計的測試裝置結構簡單，抗震能力好，測試精度高，能為大口徑平面光學元件在線檢測提供一種新思路。

技術領域

本發明涉及一種相位測量偏折術(PMD,Phase Measuring Deflectometry)進行光學元件面形檢測的技術領域，特別是一種基于子孔徑拼接技術(Sub-aperture Stitching)實現大口徑平面光學元件面形精密檢測的相位測量偏折術。

背景技術

干涉測量技術作為一種可行并常用的非接觸，高精度的表面檢測技術已有一個世紀的歷史。其被廣泛應用的原因主要有：(1)測量中高度相位映射關系簡單直接，(2)由于測量的對象由波長進行度量，使得它有很高的測量精度。但其測量大口徑元件面形時，對環境要求非常苛刻，通常需要在控制的實驗室環境才能進行準確檢測，對元件在線狀態和相應變化過程的精密檢測非常困難，在測量自由曲面時通常需要補償鏡或者CGH，使得干涉測量術非常不靈活并且價格昂貴。因此，科研工作者對不同的方法進行了研究。一種可行的思路是測量光束進入反射面之后的光束偏折，從而得出反射面的面形。基于這種偏折術原理的方法有傅科刀口邊緣檢測法以及夏克-哈特曼傳感器。最近提出的可以實現高分辨率全場測量的方法為相位測量偏折術(Phase measuring deflectometry),該方法是基于光柵反射法的原理，而使用相移條紋對二值光柵替換(International Society for Optics andPhotonics,2004: 366-376.)，具有非常高的靈敏度和比擬于干涉方法的精度，而且可用于工作環境，動態范圍大，能實現在線光學元件面形的精密檢測。與該方法相類似，但有不同的命名的方法有：美國亞利桑那光學中心提出的SCOTS,該方法將偏折術與哈特曼測量方法進行了比較，提出了 SCOTS的本質為逆哈特曼光學測試方法(Software configurableoptical test system)(Appl. Opt.2010,49(23),4404-4412.)；其他命名有結構光反射、條紋反射；或者直接命名為偏折術。

偏折術易于實現，并且成本低廉。它的發展也得益于現有技術的進步，比如，計算機控制顯示器來產生條紋的技術，攝像機標定技術等，但現在它多用于具有曲率中心的球面或非球面元件面形檢測，以及小口徑平面元件面形檢測。

使用相位測量偏折術對大口徑平面光學元件進行測量時，存在三個方面的問題。(1)被測件的大尺寸要求投影條紋的顯示器尺寸足夠大，此時顯示器的平整度難以保證，并且本身的重力會導致顯示器變形。

(2)通常選用標準參考平面鏡鏡來扣除系統誤差，然而被測平面元件如果和參考平面存在復位誤差時，二者的系統誤差不再恒定。(3)如果待測元件的前后表面都有條紋反射，這時會出現前后表面反射條紋的混疊。這三個方面的問題都會嚴重影響測試精度。

針對以上3個方面的問題，提出使用多相機采集方法和子孔徑拼接相位測量偏折術測量大口徑平面光學元件面形，避免了大尺寸顯示器的使用。借助參考面輔助調整方法，使得被測平面元件和參考元件精確復位，從而扣除系統誤差，同時使用譜估計算法分離后表面反射干擾來提高測試精度。

發明內容