[發(fā)明專利]用于偏折測(cè)量的超景深鏡頭及其偏折測(cè)量系統(tǒng)與測(cè)量方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210960596.4
• 申請(qǐng)日: 2022-08-11
• 公開（公告）號(hào): CN115371585A
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳珍;魏朝陽;牛振岐;王生水;李曉琳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): G01B11/24
• 分類號(hào): G01B11/24;G01M11/02;G02B13/00
• 代理公司: 上海恒慧知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種用于偏折測(cè)量的超景深鏡頭及其偏折測(cè)量系統(tǒng)與測(cè)量方法，該檢測(cè)系統(tǒng)由液晶顯示屏、待測(cè)元件、超景深鏡頭及CCD相機(jī)組成。液晶顯示屏顯示編碼條紋，超景深鏡頭及CCD相機(jī)接收由待測(cè)元件反射的帶有其面形信息的變形條紋，獲得面形梯度信息，進(jìn)而得到待測(cè)元件三維形貌結(jié)構(gòu)。相比于傳統(tǒng)CCD相機(jī)鏡頭，本發(fā)明中的超景深鏡頭可擴(kuò)大成像景深，進(jìn)而擴(kuò)大檢測(cè)范圍。同時(shí)，超景深鏡頭相比于傳統(tǒng)鏡頭，通光孔徑大，曝光時(shí)間短，可提高成像效率。本發(fā)明解決了目前偏折測(cè)量技術(shù)中，尤其是針對(duì)大口徑復(fù)雜光學(xué)元件的檢測(cè)，存在的成像景深不足，檢測(cè)范圍小，效率低的難題，對(duì)偏折術(shù)測(cè)量的適用范圍擴(kuò)大和效率提升有重要意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種用于偏折測(cè)量的超景深鏡頭及其偏折測(cè)量系統(tǒng)與測(cè)量方法。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代光學(xué)的發(fā)展，大口徑非球面光學(xué)元件由于具有可優(yōu)化像質(zhì)，減輕系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低成本等優(yōu)異性能，已成為強(qiáng)激光系統(tǒng)和空間光學(xué)等重要領(lǐng)域不可或缺的關(guān)鍵元件，其超精密加工和檢測(cè)技術(shù)是現(xiàn)代光學(xué)的前沿研究方向之一。單目偏折術(shù)因其具有檢測(cè)動(dòng)態(tài)范圍大、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)，非常適用于大口徑非球面光學(xué)元件的面形檢測(cè)而受到廣泛關(guān)注。其原理是顯示屏產(chǎn)生編碼條紋，CCD相機(jī)獲取經(jīng)待測(cè)元件反射的變形條紋，結(jié)合系統(tǒng)標(biāo)定信息，通過反射定律獲得待測(cè)元件表面梯度信息，進(jìn)而得到光學(xué)元件三維面形。然而，目前偏折術(shù)使用的傳統(tǒng)鏡頭和CCD相機(jī)景深有限，特別是針對(duì)大口徑復(fù)雜光學(xué)元件，由于成像景深小，導(dǎo)致檢測(cè)范圍大大減小。另外，傳統(tǒng)鏡頭相機(jī)采用的的小孔成像模型，較小的孔光孔徑使得曝光時(shí)間增加，導(dǎo)致引入的噪聲干擾增大和檢測(cè)效率降低的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于波前編碼的超景深偏折測(cè)量技術(shù)，以解決目前偏折術(shù)中存在的成像景深不足，檢測(cè)范圍小，效率低的問題，以提高測(cè)量效率和應(yīng)用范圍。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種用于偏折測(cè)量的超景深鏡頭，其特點(diǎn)在于，包括沿光軸依次排列的第一透鏡、第二透鏡、奇次位相編碼板、第三透鏡、第四透鏡和CCD探測(cè)器保護(hù)玻璃窗口；

所述第一透鏡的前表面為凸面、后表面為平面；

所述第二透鏡為雙膠合透鏡，第一膠合件的前表面為凸面、后表面為凹面，第二膠合件的前表面為凸面、后表面為凹面；

所述奇次位相編碼板的前表面為相位面、后表面為平面；

所述第三透鏡)是由雙凹透鏡和雙凸透鏡膠合而成的雙膠合透鏡；

所述第四透鏡為雙凸透鏡。

優(yōu)選的，所述第一透鏡前表面曲率半徑為83.18mm，所述第一透鏡后表面和第二透鏡前表面之間的距離是5.31mm；所述第二透鏡中第一膠合件前表面曲率半徑為18.07mm,后表面曲率半徑為56.00mm，第二膠合件前表面曲率半徑為56.00mm,后表面曲率半徑為10.79mm，所述第二透鏡后表面和第三透鏡前表面之間的距離是17.73mm；所述第三透鏡中，第一膠合件前表面曲率半徑為-36.98mm,后表面曲率半徑為45.05mm，第二膠合件前表面曲率半徑為45.05mm,后表面曲率半徑為-25.22mm，所述第三透鏡后表面和第四透鏡前表面之間的距離是5.31mm；所述第四透鏡前表面曲率半徑為72.78mm,后表面曲率半徑為-93.39mm。所述奇次位相編碼板的前表面和所述第二透鏡后表面之間距離是10.822mm,所述奇次位相編碼板的后表面和所述第三透鏡前表面之間距離是3.909mm。

所述奇次位相編碼板的前表面的面型是：

z＝a(x³+y³)x,y∈[-7,7]

其中，a＝9.2657×10^-5mm，a是奇次相位板面形方程系數(shù)，x，y是相位板橫縱歸一化坐標(biāo)。