[发明专利]线阵式超大口径平面光学元件面形检测装置和方法

权利要求书

1.一种线阵式超大口径平面光学元件面形检测装置，其特征在于，包括DVD/CD光学头线阵（1）、光学头线阵的恒流驱动子系统（2）、FES信号采集子系统（3）、一维运动平台（4）及导轨运动误差测量子系统（5）、面形检测控制与处理子系统（6）；DVD/CD光学头线阵（1）用于检测被测区域的面形；光学头线阵的恒流驱动子系统（2）用于给光学头线阵提供稳定的电流驱动，以确保光学头中激光器的输出功率恒定；FES信号采集子系统（3）用于实时采集DVD/CD光学头线阵（1）所检测区域的面形高差；一维运动平台（4）用于驱动DVD/CD光学头线阵（1）做一维扫描运动，以全口径扫描被测光学元件；导轨运动误差测量子系统（5）用于实时测量一维运动平台（4）在运动过程中的左右偏摆和上下俯仰等运动误差；面形检测控制与处理子系统（6）用于对DVD/CD光学头线阵（1）的扫描运动控制、信号采集、面形重构与绘制。

2.根据权利要求1所述的线阵式超大口径平面光学元件面形检测装置，其特征在于，其中DVD/CD光学头线阵（1）包括检测基座（11）、线阵式布置的DVD/CD光学头（12）及其高精度调节架（13）。

3.根据权利要求1所述的线阵式超大口径平面光学元件面形检测装置，其特征在于，导轨运动误差检测子系统（5）包括导轨偏摆检测仪（51）和导轨直线度检测仪（52），导轨偏摆检测仪（51）包括放置于检测基座（11）上的测角仪（511）和与DVD/CD光学头线阵（1）一起运动的平面反射镜（512），平面反射镜（512）实时将测角仪（511）的光束反射回测角仪（511），实时测量导轨在运动过程中的运动误差，以实现导轨在运动过程中的左右偏摆角和上下俯仰角运动误差的实时检测；导轨直线度检测仪（52）包括附着于运动平台滑块（521）上的微位移探头（522）和固定于导轨上的参考基准面（523），微位移探头（522）用于测量导轨的上下起伏量，参考基准面（523）用于测量导轨上下起伏量的提供一个基准平面，以实现导轨在运动过程中与参考基准面的微位移的实时检测。

4.根据权利要求1至3任一所述面形检测装置进行面形检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）打开面形检测装置电源，以DVD/CD光学头线阵1某光学头为基准，调整DVD/CD光学头线阵1与被测光学元件的距离，直到该光学头的FES值为零；同时还需调整用于检测导轨直线度的微位移探头522与参考基准面523的距离，直到该微位移探头522的FES值为零；

（2）开机30分钟后，设置测量步长；

（3）记录DVD/CD光学头线阵1中测量位置i中光学头j的FES值，通过该光学头标定的FES曲线，计算出该光学头离参考基准面523的面形高度h_ij，同时记录该测量点的左右偏摆角α_ij、上下俯仰测量角β_ij和偏离参考基准面的距离H_i；

（4）由于光学头安装和生产工艺等导致的误差，根据装置装调过程中标定的线阵聚焦平面的平面度Δh_ij，则该光学头所对应被测点的面形高差为：h_ij+Δh_ij+s_jα_ij-H_i；其中s_j为第j个光学头距滑块中心的距离；

（5）由于运动导轨的上下俯仰角的存在，导致被测点的测量位置发生偏移，计算被测点的位置偏离误差：f_jβ_ij；其中f_j为第j光学头距线阵聚焦平面的距离；

（6）重复步骤3～步骤4测量5～10次，采用数据误差处理算法中的成熟算法滤除奇异值，最后采用平均值法求出光学元件各测量点的面形高差。其目的是扣除地基震动和空气扰动等带来的微小扰动；

（7）采用最小二乘法原理，对步骤6所获取的面形高差进行处理，扣除被测光学元件和检测装置的不平行性，即获取该光学元件的实际面形高差。