[發(fā)明專利]光學(xué)自由曲面自適應(yīng)非零位干涉檢測系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710148284.2
• 申請日: 2017-03-14
• 公開（公告）號: CN106918303B
• 公開（公告）日: 2019-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張磊;李勁松;俞本立
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽大學(xué)
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

本發(fā)明公開了一種光學(xué)自由曲面自適應(yīng)非零位干涉檢測系統(tǒng)，包括自由曲面非零位干涉檢測系統(tǒng)、自適應(yīng)數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)，其中自由曲面非零位干涉檢測系統(tǒng)包括穩(wěn)頻激光器、準(zhǔn)直系統(tǒng)、分束器、參考平面鏡、成像鏡、探測器、可變形反射鏡DM、反射鏡、消球差鏡；自適應(yīng)數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)包括系統(tǒng)光線追跡模塊、理論面形分解模塊、DM形變控制模塊、干涉圖匹配處理模塊、被測波前擬合模塊和回程誤差校正模塊。本發(fā)明利用連續(xù)可變形反射鏡DM可以實(shí)現(xiàn)不同Zernike低階像差的補(bǔ)償，通過系統(tǒng)光線追跡模型指導(dǎo)可變形反射鏡形變，使得大曲率變化自由曲面的高精度通用化檢測成為現(xiàn)實(shí)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)自由曲面檢測系統(tǒng)領(lǐng)域，具體是一種光學(xué)自由曲面自適應(yīng)非零位干涉檢測系統(tǒng)。

背景技術(shù)

光學(xué)自由曲面因其表面自由度較大，可以針對性地提供或矯正不同的軸上或軸外像差，同時滿足現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)高性能，輕量化和微型化的要求，從而逐漸開始成為現(xiàn)代光學(xué)工程領(lǐng)域的新寵。雖然在設(shè)計(jì)，加工，檢測等方面穩(wěn)步發(fā)展，然而成像領(lǐng)域?qū)τ诠鈱W(xué)元件面形的高精度要求卻限制了自由曲面的大規(guī)模應(yīng)用。尤其，自由曲面的檢測技術(shù)已經(jīng)成為制約其應(yīng)用的最重要因素。

目前光學(xué)自由曲面的檢測方法主要分為接觸式和非接觸式。經(jīng)過拋光之后的光學(xué)自由曲面對于測量的超高精度要求以及在檢測過程中必須兼顧測量精度和測量范圍之間的矛盾使得傳統(tǒng)的接觸式測量已經(jīng)無法實(shí)現(xiàn)。光學(xué)自由曲面的非接觸式檢測方法主要有夏克-哈特曼傳感器法，相位偏折術(shù)，干涉測量法等。夏克-哈特曼傳感器雖然可以達(dá)到一個很高的測量精度但其動態(tài)范圍受到微透鏡尺寸限制，而且對于大偏離量的自由曲面檢測能力不足。相位偏折術(shù)對于工業(yè)自由曲面的檢測能力較強(qiáng)，而對于高精度光學(xué)自由曲面的檢測精度依然有限。干涉測量法作為目前精度最高的檢測手段之一，已經(jīng)在光學(xué)平面，球面乃至非球面的檢測領(lǐng)域得到了一致公認(rèn)。借助于專門設(shè)計(jì)的補(bǔ)償器，可以實(shí)現(xiàn)高精度的零位干涉檢測，但是零位補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)、檢測和裝調(diào)都會引入誤差。而對于那些非規(guī)則、非旋轉(zhuǎn)對稱的光學(xué)自由曲面，則根本無法通過傳統(tǒng)的零位補(bǔ)償器進(jìn)行補(bǔ)償，必須使用專門的CGH，而CGH元件加工的高成本，高難度和較難于調(diào)整等特性使其測量范圍和測量精度均受到限制。基于上述難題，人們將目光轉(zhuǎn)向了子孔徑拼接技術(shù)，雖然CSSI和ASSI在大口徑球面和中度非球面的檢測中呈現(xiàn)出高檢測精度的特點(diǎn)，但是由于其子孔徑特征，使得其在非旋轉(zhuǎn)對稱的自由曲面檢測中的應(yīng)用依然沒有實(shí)質(zhì)性的突破。而自適應(yīng)光學(xué)元件的使用可以針對性的校正由自由曲面所導(dǎo)致的系統(tǒng)像差，例如自由曲面的自適應(yīng)零位檢測中采用可變形反射鏡對不同的自由曲面實(shí)施零位補(bǔ)償，但是該檢測方法是利用隨機(jī)梯度下降算法來對干涉條紋進(jìn)行處理，對可變形反射鏡進(jìn)行反饋控制，僅能降低干涉條紋密度，并不能真正實(shí)現(xiàn)“零位”補(bǔ)償，并且該方法需要使用光柵投影輪廓儀對可變形反射鏡進(jìn)行形變測量，不僅增加了系統(tǒng)復(fù)雜程度，而且不能滿足高精度光學(xué)元件的檢測精度要求。更重要的是目前可變形鏡的加工工藝影響，其對低階像差的補(bǔ)償精度較高，但對于高階像差的補(bǔ)償精度則差強(qiáng)人意，要求其實(shí)現(xiàn)任意自由曲面的零位補(bǔ)償是不現(xiàn)實(shí)的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種光學(xué)自由曲面自適應(yīng)非零位干涉檢測系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)光學(xué)自由曲面檢測存在的問題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

光學(xué)自由曲面自適應(yīng)非零位干涉檢測系統(tǒng)，其特征在于：包括自由曲面非零位干涉檢測系統(tǒng)、自適應(yīng)數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)，其中：