[發(fā)明專利]大口徑透鏡輪廓檢測裝置及檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110864997.5
• 申請日: 2021-07-29
• 公開（公告）號: CN113587845B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 安其昌;吳小霞;林旭東;劉欣悅;王建立;陳濤;王越
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 長春中科長光知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 22218
• 代理人: 高一明;郭婷

1.一種大口徑透鏡輪廓檢測裝置，其特征在于，包括：測量掃描模塊、自準(zhǔn)直模塊、成像模塊、處理模塊；其中，

所述測量掃描模塊包括用于視覺定位的相機、往復(fù)移動的機械臂、位于所述機械臂上的掃描單元、用于帶動待測透鏡旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)臺；

所述相機與所述機械臂固定連接，所述機械臂帶動所述掃描單元對位于所述轉(zhuǎn)臺上的所述待測透鏡進(jìn)行掃描，獲取待測透鏡不同點對應(yīng)的表面信息；

所述自準(zhǔn)直模塊包括自準(zhǔn)直儀、與所述機械臂固定連接的平面鏡，所述自準(zhǔn)直模塊用于對所述機械臂的往復(fù)移動進(jìn)行準(zhǔn)直；

所述自準(zhǔn)直儀發(fā)出準(zhǔn)直光束至所述平面鏡，利用所述平面鏡反射的光束與準(zhǔn)直光束的偏移量對所述機械臂進(jìn)行準(zhǔn)直；

所述成像模塊用于采集所述測量掃描模塊掃描形成的待測透鏡的表面的數(shù)據(jù)，并將所述表面的數(shù)據(jù)傳輸至所述處理模塊；

所述處理模塊用于接收所述表面的數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述表面的數(shù)據(jù)計算待測透鏡的矢高信息或待測透鏡的斜率，以得到待測透鏡的輪廓信息；

所述掃描單元為邁克爾遜干涉系統(tǒng)，所述邁克爾遜干涉系統(tǒng)為全光纖式架構(gòu)，包括：用于發(fā)出激光的激光發(fā)射器、第一光纖耦合器、第二光纖耦合器、參考臂、測量臂、反射鏡、測量頭；其中，第一光纖耦合器，用于將激光分成第一光束和第二光束；第一光束傳輸至參考臂，第二光束傳輸至測量臂；參考臂用于將第一光束傳輸至反射鏡進(jìn)行反射后，傳輸至成像模塊；測量臂用于將第二光束經(jīng)過第二耦合器傳輸至反射鏡，并經(jīng)反射鏡反射至測量頭，通過測量頭對待測透鏡表面進(jìn)行掃描，掃描后的光束沿原路返回至第二耦合器，傳輸至成像模塊；參考臂與測量臂傳輸?shù)墓馐诔上衲K產(chǎn)生干涉條紋；成像模塊利用所獲得的干涉條紋搭建條紋追蹤光路，保證干涉條紋的對比度保持良好；

所述掃描單元為圓型，設(shè)有至少N+1個掃描頭，用于實現(xiàn)同時對所述待測透鏡的多個測量點進(jìn)行掃描，N個掃描頭分布在圓心周向的N個點，剩下至少一個掃描頭位于所述掃描單元的中心點；N≥4；

自準(zhǔn)直儀根據(jù)基于待測透鏡的斜率對機械臂的移動進(jìn)行準(zhǔn)直，具體如下：

其中Δα為系統(tǒng)測量角度的變化，Δx表示側(cè)向移動量，D是系統(tǒng)測量孔徑，為測量孔徑邊緣處的波前斜率；

所述處理模塊還用于執(zhí)行以下步驟：

將矢高信息數(shù)據(jù)矩陣設(shè)為A矩陣，設(shè)A為m×n階復(fù)矩陣，A'A的n個特征值的算術(shù)平方根σ₁,σ₂,...,σ_n，稱為矩陣的奇異值，則必定存在m階酉矩陣U與n階酉矩陣V，使得A＝USV'，其中S＝diag(σ₁,σ₂,...,σ_n)、A'為A的共軛轉(zhuǎn)置、V'為V的共軛轉(zhuǎn)置、S為A'A的對角矩陣；

對于n×n的實矩陣J，必定存在n階正交陣P,Q，使A＝PSQ^T，其中T代表矩陣的轉(zhuǎn)置運算；

假設(shè)某個隨機序列x(t),t＝1,2,...,2n+1,將測量得到的信號映射到多維矩陣空間中去得到信號多相空間軌道矩陣D_m：

之后對其進(jìn)行奇異值分解，并將其噪聲項濾去；

其中S_s,S_n分別為實際信號與噪聲信號所對應(yīng)的奇異值，在某種顯著性準(zhǔn)則之下，將噪聲項確定并將其置零得到缺秩空間多相空間軌道矩陣

定義信號奇異熵：

利用奇異值分解的逆過程將濾波后的奇異值矩陣還原，得到對于空間軌道矩陣的最佳估計，得到與原來信號等維的濾波后的信號如式(20)所示：

令α＝max(1,k-n+1),β＝min(n,k)；

其中，n、k為序號，α為max(1,k-n+1)的縮寫；β為min(n,k)的縮寫。