[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

说明书

技术领域

本发明属于机器视觉技术检测领域，主要涉及一种超大口径平面光学元件面形检测的装置和方法，其设计利用DVD/CD光学头进行超大口径平面光学元件表面面形检测的装置和方法。

背景技术

面形技术主要有角差法、LTP、瞬态干涉仪和哈特曼检测等方法。角差法的原理是面形的变化可通过其各点法线方向角度的变化量而反映出，采用高精度测试角度变化量的方法可重构元件的面形，西南科技大学已研制出大口径光学元件面形检测装置，检测精度达1/3个波长。LTP是采用细光束干涉计量原理，若被检测面相对垂直于光轴的平面倾斜一定角度，则在LTP的焦平面探测器上的干涉条纹就有移动，通过精确测量其移动距离，就可以得到倾斜度误差的变化曲线，对该曲线积分就可获得高度误差曲线，其测试精度能达到1/20个波长。瞬态干涉仪是将空间位相调制的共路剪切干涉仪技术与数字化波面技术相结合的干涉系统，可采用近红外作为测试光源，测量精度能达到波前均方根优于1/15波长。哈特曼检测法是通过一个有若干小孔光阑的波面进行采样的检测方法，受外界影响小，对检测环境要求比干涉仪的检测环境要求低；但实验中需要的大口径哈特曼扩束系统的光学系统设计、结构设计要求高，且成本也高。采用干涉法对检测环境要求高，在ICF实验室中的在线检测条件很难满足瞬态干涉仪或LTP的要求，而且不能对处于不同倾斜状态的光学元件进行面形检测。

中国发明专利ZL200910058280.0，该方案利用被测光学元件为参考物和利用五棱镜的一维不变性，克服了传统角差法不能有效扣除运动平台因机械运动或振动等带来的测量误差问题。同时由于采用了在垂直方向（列）测试中的两束参考光，可有效扣除振动带来的影响，同时还以被测光学元件作为绝对参考，从而还能扣除因地基振动、大气振动等带来的误差；由于采用龙门结构，对于超大光学元件的检测，其体形庞大，在不同姿态下的调试时间较长，检测精度仅有1/3波长。同时由于采用“从上到下，从左至右”的逐点扫描方式，导致测试超大光学元件的时间在2～5小时左右。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种线阵式超大口径平面光学元件面形检测装置和方法。

本发明的技术方案如下：

一种线阵式超大口径平面光学元件面形检测装置，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。

所述的线阵式超大口径平面光学元件面形检测装置，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）。

所述的线阵式超大口径平面光学元件面形检测装置，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。

所述面形检测装置进行面形检测的方法，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；