[发明专利]一种基于数字全息的高数值孔径半球面形检测系统

摘要

本发明公开了一种基于数字全息的高数值孔径半球面形检测系统，该系统采用数字全息检测技术对大相对口径、大曲率的半球表面面型进行高精度的三维形貌的检测。针对被测半球面的相对口径和曲率，设计数字全息球面检测光路系统，并采用高数值孔径标准会聚球面波产生装置为被测球面提供高度会聚的标准球面波，其F数为0.65，像方孔径角43.13度。为了保证被测半球工装相对于系统光路的准确定位，采用4维组合机械定位台对半球工装相对于光路系统进行准确定位，其单程的移动精度为0.001mm。该系统通过笼式立体结构使得各光学器件的布局结构紧凑、稳定、便于调节，可用于大相对口径、大曲率的精密半球形轴承、光学透镜等组件的球面三维形貌的高精度检测。

主权项

一种基于数字全息的高数值孔径半球面形检测系统，包括全息检测光路、高数值孔径标准会聚球面波产生装置、半球工装、4维组合机械定位台；全息检测光路包括激光光源、A半波片、偏振分光棱镜、第一光束准直单元、B半波片、第二光束准直单元、光束偏转单元、非偏振分光棱镜和CCD相机；激光光源产生的激光1‑1a经过A半波片形成激光1‑2a，输入至偏振分光棱镜，偏振分光棱镜将入射的激光1‑2a分为两束偏振方向正交的空间线偏振光1‑3a和1‑3b，分别输入至第一光束准直单元和B半波片中；空间线偏振光1‑3b经过B半波片后，进入第二光束调整单元，经过滤波、准直、扩束后输出平行光1‑6a，进入光束偏转单元中，光束偏转单元对接收的光束1‑6a进行方向折转后，输出光束1‑7a，进入非偏振分光棱镜1‑8；空间线偏振光1‑3a直接进入第一光束准直单元，经过滤波、准直、扩束后输出平行光1‑4a，进而经过非偏振分光棱镜后输出平行光1a，进入高数值孔径标准会聚球面波产生装置中；非偏振分光棱镜接收半球工装表面反射回并经由高数值孔径标准会聚球面波产生装置调制的光线2b，将其折转后输出光束1‑8b，进入到CCD相机中，光束偏转单元折转的平行光束1‑7a经由非偏振分光棱镜，形成参考光1‑8a，进入CCD相机中，光束1‑8b与参考光1‑8a在CCD相机的光敏面进行干涉，CCD相机捕获和记录数字全息图；高数值孔径标准会聚球面波产生装置包括5倍扩束镜和小F数激光激光镜头；5倍扩束镜接收全息检测光路出射的平行光1a并对其进行5倍扩束，扩束后的平行光2‑1a进入小F数激光镜头后出射大口径角的会聚光束2a，输出至被测半球工装；同时，高数值孔径标准会聚球面波产生装置2接收半球工装3表面反射的球面波3a，通过F数激光镜头2‑2形成光2‑2a，光2‑2a经过5倍扩束镜2‑1形成小口径的平行光束2b，输出至非偏振分光棱镜；4维组合定位机械定位台包括水平方向二维平移台、垂直方向一维平移台和一维旋转台，三者依次从下往上进行装配组合，半球工装固定在一维旋转台上，其对称轴与一维旋转台的旋转轴重合；一维旋转台能够将被测半球工装进行360度旋转，水平方向二维平移台和垂直方向一维平移台配合，使半球工装的球心与照明会聚标准球面光2a的焦点重合；一维旋转台用于子孔径获取时半球工装相对于系统光路的定位。