[发明专利]一种大口径非球面朗奇检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学检测技术，特别是涉及旋转对称的大口径非球面镜在细磨和初抛光阶段的检测，属于先进光学制造与检测技术领域。

背景技术

非球面镜具有增加光学设计的自由度、简化系统结构、减轻重量、以及改善光学系统的像质等优点。随着先进光学制造技术的发展以及对成像质量要求的提高，非球面镜正在广泛地应用于空间通讯、天体观察、军事及民用工业中。然而，相对于球面镜而言，非球面镜的制造要困难得多，这对其加工和检测技术提出了更高的要求。

目前，非球面镜的检测技术主要有面形轮廓法、零位补偿法和朗奇检验法等。三坐标测量仪是面形轮廓法中的一种检测仪器，它采用测量头直接作用在非球面镜表面上，直接测出非球面镜表面各点的三维坐标值，这种测量方法精度高，但是测量头容易损伤被测镜表面，测量效率较低，而且测量的口径也受到限制。

零位补偿法需要在检测系统中放置补偿器，以补偿被测非球面产生的球差。其原理是干涉仪发出的各光线经过补偿系统后沿非球面的法线入射到非球面上，被镜面反射后沿原路返回，与参考波进行干涉。如果补偿后的波前与参考波前完全匹配，那么干涉条纹就是直条纹，否则，干涉条纹为弯曲条纹，条纹的弯曲程度反映了被测非球面相对其理想面形的偏差。虽然零位检测法的精度很高，但是对于每一种类型非球面镜必须专门设计和制作相应的补偿器，缺乏通用性，而且补偿器的制作、检测和装配精度将直接影响检测结果。

朗奇法既可定性也可以定量地检测非球面镜的面形。它主要是根据实际条纹相对其理想条纹的变形来计算被测镜面相对其理想面形偏差。按照光栅上条纹是否弯曲朗奇检测法可以分为标准朗奇检测法和零朗奇检测法。利用标准朗奇法检测镜面时，理想条纹是弯曲的，而用零朗奇法检测镜面时，理想条纹是直的。因此，零朗奇检测法使技术人员更容易依据条纹的弯曲程度来定性判断被测镜面的偏差。另外，零朗奇检测法还可以避免衍射效应引起的条纹扩散，从而提高了检测精度。然而，传统的零朗奇检测法有一些缺陷，1）它不能提供足够的测量数据，这主要是因为得不到各条纹之间区域的信息；2）同轴检测形成的叠栅条纹图会给测量结果带来误差；3）传统的补偿光栅上各个带的边缘有锯齿形状；4）检测不同的镜面时，必须专门制作相应的补偿光栅，给实际检测带来不便。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术中存在的不足，提出一种使用离轴点光源的大口径非球面朗奇检测方法。该方法能够实现对大口径非球面的非接触全场检测，它可以避免同轴朗奇检测方法中叠栅条纹图给测量结果带来的误差，消除补偿光栅上每个条纹带边缘的锯齿形状，获得镜面上足够多的待测点信息，无需为每一种类型的非球面镜专门制作相应的补偿光栅。

本发明的目的是采用下述技术方案来实现的：

检测装置主要由被测镜面、光纤、光纤照明光源、CCD摄像机、透射液晶显示屏及计算机组成。其中透射液晶显示屏用于显示垂直和水平两个方向的补偿正弦光栅，并作为相移装置，垂直于被测镜面的光轴放置。补偿正弦光栅上的弯曲条纹是根据理想面形上给定的直正弦条纹的相位信息和光线追迹设计的，选用正弦条纹是因为它上面的每一点都有相位，那么设计的补偿光栅上每一点也都带有相位。对于不同位置的补偿光栅，弯曲条纹的形状不同，因此必须对某一给定的位置设计相应的补偿光栅。由于非球面性的补偿严重地依赖于补偿光栅设计的位置，因此必须将补偿光栅精确地放置在设计时所设定的位置。为此，在显示光栅的屏上显示一个环形的标记，使该标记与被测镜面边缘在屏上的投影重合，来确保补偿正弦光栅放在设计的位置。