[发明专利]大尺寸光学元件高精度调平方法与装置

摘要

本发明公开了一种大尺寸光学元件高精度调平方法与装置。本发明利用高倍率显微镜对元件表面不同位置的三特征点分别进行连续多幅暗场灰度图像采集，计算图像灰度信息熵值，拟合灰度信息熵值与显微镜轴向移动距离曲线，通过搜寻曲线中极小值的方法，获得正焦位置，获得各特征点离焦量。设计一种两板式弹性预紧，两点调整俯仰与侧摆的调平装置。通过建立离焦量与调整量换算模型，将三特征点处的离焦量换算为两调整点的调整量，进行调平操作。本发明解决了大尺寸光学元件在显微镜全范围扫描检测过程中出现的因光学元件与显微镜焦平面的不平行而造成的离焦问题。

主权项

一种大口径光学元件高精度调平方法，其特征在于它的步骤如下：1)移动二维导轨(S5)利用高倍显微镜(S11)在光学元件(S2)表面寻找到第一表面特征点(A)；所述的表面特征点指光学元件表面的疵病、擦痕具有信息特征的点；2)利用高倍显微镜(S11)对第一表面特征点(A)进行等步长连续多幅暗场灰度图像采集；所述的暗场灰度图像是指用单束LED冷光源(S1)发射的平行光束照射光学元件(S2)表面的第一表面特征点(A)产生散射光线，散射光线被高倍显微镜(S11)收集，形成暗场灰度图像；3)计算灰度图像的灰度信息熵H1，所述的灰度信息熵H1由下式表示： H 1 = - Σ x = 1 M Σ y = 1 N p [ f ( x , y ) ] log 2 p [ f ( x , y ) ] 其中f(x，y)为(x，y)像素位置的灰度等级，对于一幅M×N像素图像，1≤x≤M，1≤y≤N；p[f(x，y)]为(x，y)像素位置的灰度等级在整幅图像中出现的概率；所述的p[f(x，y)]由下式表示： p [ f ( x , y ) ] = f ( x , y ) Σ x = 1 M Σ y = 1 N f ( x , y ) ; 4)利用曲线拟合方法拟合灰度信息熵与高倍显微镜(S11)移动距离曲线，并通过搜索曲线中灰度信息熵的极小值的方法，得到高倍显微镜(S11)的正焦位置，得到第一表面特征点(A)的离焦量d1；5)移动二维导轨(S5)利用高倍显微镜(S11)寻找到光学元件(S2)第二表面特征点(B)、第三表面特征点(C)；6)重复步骤2)至步骤4)所述过程，得到第二表面特征点(B)的离焦量d2，第三表面特征点(C)的离焦量d3；7)将第一表面特征点(A)的离焦量d1，第二表面特征点(B)的离焦量d2，第三表面特征点(C)的离焦量d3换算为左调节手轮(S7)的调整量δ1，右调节手轮(S6)的调整量δ2；8)按调整量δ1调节左调节手轮(S7)，按调整量δ2调节右调节手轮(S6)，并在左弹性预紧机构(S8)与右弹性预紧机构(S10)的共同作用下，使调整板(S3)相对于固定板(S4)以固定球铰(S9)为旋转中心做二维俯仰、侧摆角 度运动，完成使固定于调整板(S3)上的光学元件(S2)表面与高倍显微镜(S11)焦平面平行的调平操作。