[发明专利]一种用于焦距检测的双刀口差分检测装置、检测方法及数据处理方法

说明书

本发明公开了一种可用于球面、非球面反射镜或透镜的焦距检测的双刀口差分检测装置、检测方法及数据处理方法，特别适用于大口径长焦距光学元件的焦距检测，涉及光学检测领域。沿光路方向该装置主要包括光源（1）、光束聚焦透镜组（2）、第一光束分光元件（3）、反射元件组（4、5、6、7、8、9）、滤波小孔（10、11）、第二光束分光元件（12）、被测光学元件（13）、切光刀口（14、15）、数字成像系统（16）；本发明提供的双刀口差分检测装置由于采用了两套对称的刀口检测光路，并形成两个对称的阴影图像，通过使用差分处理分析的方法，具有很好的抗干扰能力，更易于实现刀口阴影检测的全数字化检测，进而能够显著提高刀口检测法对焦距检测的精度。

技术领域

本发明涉及光学检测领域，尤其涉及一种可用于球面、非球面反射镜或透镜的双刀口差分光学元件焦距检测装置、检测方法及数据处理方法，特别适用于大口径长焦距光学元件的焦距检测。

背景技术

大口径长焦距光学元件作为各类大型光学系统中非常重要的光学元件，其光学性能指标的优劣已经成为制约光学系统整体性能指标提升的重要因素之一。而焦距作为此类光学元件的最重要的光学指标之一，准确性和一致性的严格控制有利于提升光学系统的性能和减小光学系统的装调时间，这对光学元件的加工、特别是加工过程中的检测提出了更高的要求。

刀口检测法作为一种简单有效的焦距检测方法，广泛应用于加工过程中焦距控制的检测方法，传统的刀口检测法由于使用目视的方法来判断焦点的位置，受限于检测人员的主观因素，焦距检测的精度难以保证，特别是长焦距光学元件的焦距检测，由于检测光线的光程过长，容易受环境温度不均、气流扰动等因素的影响，即使使用数字成像系统来替代目视判断也难以消除这些因素对焦距检测精度的影响。除此之外，传统方法中焦点位置是通过切光过程中阴影图随时间的变化规律来确定的，这种确定焦点位置的方法在阴影图像数字化后难以通过相关的算法实现焦点的准确定位。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种高精度、高抗干扰能力的双刀口差分光学元件焦距检测装置，以及基于该检测装置的检测方法和数据处理方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种用于焦距检测的双刀口差分检测装置，沿光路方向该装置主要包括光源(1)、光束聚焦透镜组(2)、第一光束分光元件(3)、反射元件组(4、5、6、7、8、9)、滤波小孔(10、11)、第二光束分光元件(12)、被测光学元件(13)、切光刀口(14、15)、数字成像系统(16)；

当光源(1)发出的光经过光束聚焦透镜组(2)的两个聚焦透镜聚焦后，由第一光束分光元件(3)将聚焦光束分为光强相等方向垂直的两束光，这两束光分别经过反射元件组反射后，在两个滤波小孔(10、11)处聚焦为两个点光源，通过滤波小孔(10、11)滤波后的光束透过第二光束分光元件(12)入射到被测光学元件(13)的球面，经被测光学元件(13)的球面反射后再通过第二光束分光元件(12)反射在两个切光刀口(14、15)处成像为两个像点，最后由数字成像系统(16)对两个像点进行数字成像和处理。

所述光源(1)为低压钠灯或类似的单色光源以保证焦距测量的精度；所述聚焦透镜组(2)为双胶合消色差透镜；所述数字成像系统(16)为CCD相机，所述第一光束分光元件(3)和第二光束分光元件(12)为分光棱镜，且分光棱镜使用50/50分光棱镜，使分光后的两束光的光强相等，且到达切光刀口(14、15)处的光强最大。

所述反射元件组(4、5、6、7、8、9)包含三对轴对称分布的反射镜(4、5、6、7、8、9)，所述反射镜(4、5、6、7、8、9)和滤波小孔(10、11)沿被测光学元件(13)的中心轴对称排布，使分束以后的两束光具有相等的光程。

所述切光刀口(14、15)沿垂直于被测元件中心轴的方向对称，并且在切光的过程中两个切光刀口(14、15)以相同速度相向或相背运动，使其一直保持对称关系；