[發明專利]光學自由曲面的像散補償型干涉檢測裝置與檢測方法

在審

• 申請號: 201710051247.X
• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN106840027A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 袁群;竇沂蒙;霍霄;殷慧敏;陳露;姚艷霞;高志山
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B9/02
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 薛云燕

本發明公開了一種光學自由曲面的像散補償型干涉檢測裝置與檢測方法，所述裝置包括He?He激光器、擴束系統、1/2波片、偏振分光棱鏡、第一～二1/4波片、標準平面反射鏡、移相器、第一匯聚透鏡、待測自由曲面、第二匯聚透鏡、平面反射鏡、偏振片、旋轉毛玻璃屏、成像物鏡、探測器、顯示器、計算機。方法為：將待測自由曲面傾斜放置，使檢測光束以特定的角度傾斜入射，以補償待測自由曲面的主要面形誤差成分像散，從而減小后續檢測光束的發散程度，使探測器上的條紋被分辨；由探測器采集得到一系列移相干涉圖，經波面復原算法處理得到待測自由曲面的面形。本發明采用了像散補償的方法，可以檢測一類以像散為主要面形誤差成分的光學自由曲面，穩定性高、成本低。

技術領域

本發明涉及一種干涉檢測裝置與檢測方法，特別是一種適用于以像散為主要面形誤差成分的光學自由曲面的像散補償型干涉檢測裝置。

背景技術

為了同時滿足日益提高的高像質與小型化的要求，光學自由曲面出現在了成像光學系統，特別是離軸反射式系統中。自由曲面元件的應用提高了光學設計的自由度，能夠更好的校正非共軸引起的軸外像差。相對于光學自由曲面的設計與加工技術，光學自由曲面的高精度檢測問題是制約光學自由曲面在成像領域應用的技術瓶頸。

目前國內外對于光學自由曲面的檢測方法可以概括為以下幾類：逐點掃描法、相位偏折法、干涉法。工業界對光學自由曲面的檢測主要采用逐點掃描法測量，其檢測精度只能達到微米量級。商用儀器主要為三坐標機和輪廓儀。日本松下公司生產的UA3P系列輪廓儀是當前測試精度最高的接觸式測量儀器，測量準確度可達0.1μm。G.Hausler,C.Faber,E.Olesch,and et al..Deflectometry vs.Interferometry.SPIE,8788:87881C(2013)中指出利用相位偏折術通過將條紋圖案投射到待測自由曲面上，經其偏折后的畸變條紋被探測器采集，根據條紋畸變情況復原自由曲面面形。相位偏折術與逐點掃描式測量的準確度相當，均為微米量級。干涉測量是一種非接觸式測量，測量準確度可達納米量級(RMS值)。計算全息法(CGH)可作為干涉測量時的補償器實現對自由曲面面形的零位測量，但是CGH的加工周期長、成本高檢測時需要對成像畸變進行標定，測試結果易受CGH以及待測件對準誤差的影響且只能實現一對一的測量。長春光機所在X.Zhang,D.Xue,M.Li and etal..Designing,fabricating and testing freeform surfaces for spaceoptics.SPIE,8838:88380N(2013)中定制了CGH實現了對其研制的空間相機中自由曲面元件的檢測。子孔徑拼接干涉測試技術(以美國QED公司生產的ASI為代表，將待測自由曲面分割成多個小區域，通過局部最佳擬合球面的匹配，使得局部干涉條紋能夠被分辨。K.Medicus,S.DeFisher,M.Bauza,and et al..Round-Robin measurement of a toroidalwindow.SPIE,8884:88840Y(2013)中指出子孔徑拼接干涉測試技術采樣分辨率較高，能提供面形信息中的中高頻成分，但拼接算法在檢測自由曲面時仍不成熟，測試獲取的面形信息中的低頻成分不準確。德國斯圖加特大學在E Garbusi,G Baer,W Osten.Advancedstudies on the measurement of aspheres and freeform surfaces with the tilted-wave interferometer(C).SPIE,8082:80821F(2011)中提出的傾斜波面干涉測試技術利用點源陣列產生多個測試球面波，與待測非球面局部匹配，需事先標定干涉系統，再根據系統模型復原待測件面形，并且將其應用到自由曲面檢測方面還有待研究。韓國國家科學院在Y.S.Ghim,H.G.Rhee,A.Davies and et al..3D surface mapping of freeform opticsusing wavelength scanning lateral shearing interferometry.Optics Express,22(5):5098-5105(2014)中開展了橫向剪切干涉檢測非球面和自由曲面的相關技術研究，上述研究均存在光學自由曲面一對一檢測的缺點。