[实用新型]一种针对大口径深矢高的光学自由曲面检测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及光学自由曲面精密测量装置，特别是涉及一种大口径深矢高的光学自由曲面检测装置，属于光学测量技术领域。

背景技术

在光学系统中，自由曲面元件相对于球面元件不仅扩大了系统的视场角，还改善了成像的质量，使其在越来越多的光学系统中得到应用。但是，无论是制作成本还是加工精度都远不能与传统的非球面相比。面型的精密检测是制约自由曲面技术发展的瓶颈技术。目前检测自由曲面的方法主要采用轮廓仪检测法和哈特曼检测法，但这些方法的检测精度较低。

光学自由曲面的加工分为铣削、研磨、抛光三个阶段，根据各阶段要求精度的不同，分别采用不同的检测手段。通常，第一阶段和第二阶段分别使用三坐标机和面形轮廓仪进行检测，第三阶段采用接触式测量。然而，第三阶段检测精度要求最高，经过抛光之后的光学自由曲面对于测量的超高精度要求以及在检测过程中必须兼顾测量精度和测量范围之间的矛盾，使得传统的接触式测量已经无法达到要求。

目前，国内外对光学自由曲面的检测技术提出了不同的方法，但都存在一定的问题。英国阿斯顿大学Fowler等人在传统焦度计测量原理的基础上提出了一种能够测量自由曲面面型的检测方法，但该方法测量过程繁琐，耗时较长。意大利Castellini等人利用哈特曼地图法对渐进的自由曲面进行测量，用平行的激光光束照明带孔的哈特曼板或者微透镜阵列，通过小孔的光线经过待测镜片发生偏转，在观察屏上形成一个点阵图，根据点阵图的位置差用光线追迹法可计算出被测自由曲面的像差。有些专家也提出了运用CGH(Computer Generated Hologram)作为零位补偿器来检测一个非旋转对称的三次位相板，利用计算全息图作为零位补偿器去检测光学自由曲面，省去了复杂的迭代算法，但是零位 CGH与光学自由曲面存在成本较高，并且当被检面斜率过大时，CGH位相板加工误差增大，精度下降。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术对非对称大尺寸光学自由曲面的非接触无损检测方法存在的问题，提出了一种针对大口径、深矢高的光学自由曲面检测装置。

本实用新型的具体技术方案如下：

一种针对大口径深矢高的光学自由曲面检测的装置，该装置由ZYGO干涉仪、标准平面参考镜、光阑、第一分光镜、第二分光镜、第一零位补偿透镜、第二零位补偿透镜、偏振片、液晶空间光调制器和PC组成；其特征是，

ZYGO干涉仪、标准平面参考镜、光阑、第一分光镜和第二分光镜依次同轴放置，第一分光镜和第二分光镜倾斜45°；第一零位补偿透镜和被测自由曲面依次同轴放置在第一分光镜的反射光路上；第二零位补偿透镜、偏振片和液晶空间光调制器依次同轴设置在第二分光镜的反射光路上；ZYGO干涉仪与PC 相连；PC与液晶空间光调制器相连。

ZYGO干涉仪发出的激光入射至标准平面参考镜上，激光经所述标准平面参考镜透射后经过光阑，然后入射至第一分光镜上，激光经所述第一分光镜分成一束透射光和一束反射光；

经过第一分光镜的反射光入射至第一零位补偿透镜上，光经第一零位补偿透镜透射后入射至被测自由曲面上，光经被测自由曲面发射产生测试光，所述测试光经第一零位补偿透镜反射后返回至第一分光镜上；

经过分光镜的透射光入射至第二分光镜，经第二分光镜反射后入射至第二零位补偿透镜上，经第二零位补偿透镜入射至偏振片上，光经偏振片透射后入射至液晶空间光调制器上，光经过液晶空间光调制器相位调制并反射后获得参考光，所述参考光经过偏振片、零位补偿透镜和第二分光镜反射后返回至第一分光镜上；

参考光和测试光干涉形成干涉光，所述干涉光经过光阑和标准平面参考镜透射后，入射到ZYGO干涉仪的成像系统。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型的光路设计方式可以大大减小结构空间，具有体积小、便于二次开发、便于控制等优点。该装置基于液晶空间光调制器检测自由曲面，可以使检测效率大大提高；用液晶空间光调制器代替现有的CGH位相板，大大节约了成本。

2、采用该装置进行检测与现有的零位校正、非零位校正和子孔径拼接等检测自由曲面面型的方法相比，该装置检测时可以兼顾测量精度和测量范围，这是现有检测自由曲面面型方法所做不到的。该装置检测时，对ZYGO干涉仪的光束进行编码，与现有子孔径拼接法测量自由曲面面型的方法相比误差小；由于子孔径拼接法测量时存在移动，该装置测量过程中光学元件固定不动，具有较高的测量精度。

本实用新型将在大型的光学系统检测中具有广泛的应用前景。

附图说明