[发明专利]一种大口径高陡度光学镜面在线测量系统

权利要求书

1.一种大口径高陡度光学镜面在线测量系统，其特征在于包括：大数值孔径光纤光源(1)、可更换式测量光栅(2)、会聚光路分光系统(3)、高精度平面反射镜(4)、大口径高陡度光学镜面(5)、数字彩色CCD(6)、计算机信息处理系统(7)；从大数值孔径光纤光源(1)发出的光将可更换式测量光栅(2)的阴影经过会聚光路分光系统(3)后，由一块45°放置的高精度平面反射镜(4)反射到与加工状态相一致的大口径高陡度光学镜面(5)上，高精度平面反射镜(4)将光路折转90°，随后，这组阴影条纹被大口径高陡度光学镜面(5)沿着原来入射的光路反射回去，再次经过高精度平面反射镜(4)后又经过会聚光路分光系统(3)，并由会聚光路分光系统(3)产生一条垂直于原光束方向的新光路，并产生一个大数值孔径光纤光源(1)共轭像点，这个像点的图像经过高精度数字CCD(6)采集后，进入计算机信息处理系统(7)，由于反射回的像点包含了大口径高陡度光学镜面(5)的面形信息，最后由安装在计算机系统(7)上的数据处理部分把共轭像点对应的面形数据信息提取出来，从而获得被测大口径高陡度光学镜面(5)的面形信息；

所述的会聚光路分光系统(3)由五个独立的光学元件相互胶合而形成；在所述五个光学元件中，有两块是等腰直角棱镜，二者的斜边相互胶合在一起，形成一块分光立方体；另外有两块是平凹透镜，二者形状完全相同；所述两块平凹透镜的平面均与所述两块等腰直角棱镜胶合而成的立方体的相邻两个表面再次胶合，一个凹面对着大数值孔径光纤光源，另一个对着大数值孔径光纤光源的像点；最后一块是平凸透镜，所述平凸透镜的平面与所述两块等腰直角棱镜胶合而成的立方体另外的一个表面胶合，假设平凸透镜的凸面半径为R2，中心厚度为D2；两块等腰直角棱镜胶合而成立方体的边长为A，平凹透镜的凹面半径为R1，中心厚度为D1，则它们之间的几何关系为：R2＝R1+D1+D2+A。

2.根据权利要求1所述的一种大口径高陡度光学镜面在线测量系统，其特征在：所述的可更换式测量光栅(2)为不同频率的Ronchi光栅；或更换为计算机生成的全息片CGH来实现对大口径高陡度光学镜面(5)的不同方式测量。

3.根据权利要求1所述的一种大口径高陡度光学镜面在线测量系统，其特征在：所述的计算机系统(7)中的数据处理部分包含有光栅灵敏度计算分析部分和非球面面形分析处理部分；光栅灵敏度计算分析软件能够根据不同的测量要求自动计算所需要使用的测量光栅的频率；而非球面面形图像分析处理软件不仅能够自动绘制光栅图形，并能根据探测到的共轭像点计算待测镜面面形，数据处理部分具体实现如下：

(1)计算机读取CCD采集到的测量光栅的阴影图；

(2)图像处理软件对阴影图进行处理，将图形转换成灰度矩阵；

(3)图像处理软件对阴影图进行进一步处理，将灰度矩阵表示的条纹变为线条

(4)由数据处理软件分别对比x，y方向的采集带的阴影图与理想图的偏差，分别拟合和重构x方向与y方向的波像差；

(5)最后由数据处理软件进行绘出被测波面的三维图，重建波前。