[发明专利]非球面光学元件面形检测装置

摘要

本发明公开了一种非球面光学元件面形检测装置。该装置在现有干涉法面形检测装置的基础上，通过增设两个可控光阑实现了对检测光波和参考光波的光强测量，通过增设压电陶瓷实现了对相移干涉条纹的采集；非球面面形测量软件包通过计算待检非球面光学元件的待测面形与标准球面之间的相位偏差以及待检非球面光学元件的理想面形与标准球面之间的相位偏差，可方便地获得待检非球面光学元件的面形与其理想面形间的相位偏差。因此，本发明可以有效地解决大偏离量非球面光学元件面形的检测问题，不需要实际加工计算全息图，可降低检测成本、缩短检测周期，并提高了检测精度。

主权项

1.一种非球面光学元件面形检测装置，包括氦氖激光器[1]、显微物镜[2]、针孔滤波器[3]、分光镜[4]、消球差透镜[5]、标准平面反射镜[7]、CCD探测器[11]和计算机[12]，其特征在于：还包括第一可控光阑[6]、第二可控光阑[9]和压电陶瓷[8]，所述标准平面反射镜[7]置于所述压电陶瓷[8]上，所述第一、第二可控光阑[6、9]和压电陶瓷[8]均受所述计算机[12]的控制，所述显微物镜[2]的像方焦点、所述消球差透镜[5]的物方焦点和所述针孔滤波器[3]均位于待检非球面光学元件[10]的最佳匹配球面的等效球心处；检测时，所述氦氖激光器[1]发出的激光束经所述显微物镜[2]会聚到所述针孔滤波器[3]的针孔处形成标准球面光波，该标准球面光波被所述分光镜[4]分为两束：由分光镜[4]反射的光波经过所述第二可控光阑[9]直接照射到所述非球面光学元件[10]的待检非球面上并被反射即定义为检测光波，由分光镜[4]折射的光波照射到所述消球差透镜[5]上形成平面光波，然后经过第一可控光阑[6]再照射到标准平面反射镜[7]上并被反射即定义为参考光波，所述检测光波和所述参考光波分别经分光镜[4]透射和反射后照射到所述CCD探测器[11]的靶面上并经光电转换后送入所述计算机[12]中；当所述第一、第二可控光阑[6、9]同时打开时，所述CCD探测器[11]探测到的是干涉条纹，当第一可控光阑[6]或第二可控光阑[9]打开时，CCD探测器[11]探测到的是所述参考光波或所述检测光波的光强度；计算机装有A/D转换器、存储器和非球面面形测量软件包，存储器预先存储非球面面形测量软件包运行过程中所需的已知参量，非球面面形测量软件包含有控制模块、存储模块、数据采集模块、数据输入模块、理想干涉条纹参数计算模块、相位差计算模块、相位解包裹模块和面形偏差计算模块，控制模块的功能是控制压电陶瓷8产生π/2的相移，控制第一、第二可控光阑的打开和关闭；存储模块存储数据处理中的过程数据并在程序运行过程中调用过程数据和存储器中存储的相关参数；数据采集模块的功能是通过A/D转换器采集压电陶瓷在零位时检测光波和参考光波形成的原位干涉条纹以及该位置上检测光波的光强度和参考光波的光强度，通过A/D转换器采集压电陶瓷相移π/2时检测光波和参考光波形成的相移干涉条纹，并将采集数据送入存储器中存储；数据输入模块通过键盘接收人工输入的待检非球面光学元件的理想面形方程及其口径尺寸并送入存储模块中；理想干涉条纹参数计算模块依据光线追迹法和干涉原理模拟出理想原位干涉条纹和理想相移干涉条纹，计算理想检测光波的光强度和理想参考光波的光强度，并将模拟和计算数据送入存储器中存储；相位差计算模块依据测量待检非球面光学元件的待测面形与标准球面之间的相位偏差以及模拟计算待检非球面光学元件的模拟理想面形与标准球面之间的相位偏差解算出待检非球面光学元件的待测面形与模拟理想面形包裹在0到2π之间的相位偏差；相位解包裹模块依据相位偏差值解算出一组连续变化的相位差值；面形偏差计算模块利用相位解包裹模块的计算结果求解出待测面形与模拟理想面形之间的偏差并予以输出。