[发明专利]一种针对大口径深矢高的光学自由曲面检测方法及装置

摘要

一种大口径深矢高的自由曲面检测方法及装置，属于光学测量技术领域，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，该方法是通过设计时被测自由曲面的公式与STL模型结合，将被测自由曲面用一系列三角面片离散地近似构成三维区域曲面；然后根据曲率划分区域，再通过已知的被测自由曲面公式对各个区域进行计算，绘图得到八位灰度图，再对ZYGO干涉仪的光束进行编码，编码方式与绘制八位灰度方式相对应；通过对ZYGO干涉仪的光束编码后可使液晶空间光调制器对其相应的区域进行测量；本发明检测效率高、成本低、并且具有体积小、精度高、便于控制等优点；该方法将在大型的光学系统检测中具有广泛的应用前景。

主权项

一种针对大口径深矢高的光学自由曲面检测方法，其特征是，该方法包括以下步骤：步骤一，将ZYGO干涉仪(1)、标准平面参考镜(2)、光阑(3)、第一分光镜(4)和第二分光镜(5)依次同轴放置，第一分光镜(4)和第二分光镜(5)倾斜45°；第一零位补偿透镜(6)和被测自由曲面(7)依次同轴放置在第一分光镜(4)的反射光路上；第二零位补偿透镜(8)、偏振片(9)和液晶空间光调制器(10)依次同轴设置在第二分光镜(5)的反射光路上；ZYGO干涉仪(1)与PC(11)相连；PC(11)与液晶空间光调制器(10)相连；步骤二，通过设计时被测自由曲面(7)的公式与STL模型结合，将被测自由曲面(7)用一系列三角面片离散地近似构成三维区域曲面；通过微积分可以求出各曲面的斜率k1，k2,...,kn，从中心依次取出三角形面片，以δ为阈值，当三角形面片区域曲面的斜率与相邻三角形面片斜率的偏差为±δ时，将其融合到与之相邻的区域中；元区域为R0，记录该区域的所有三角形编号为I；继续取出其它三角形面片，当三角形面片斜率与相邻三角形面片斜率的偏差大于±δ时，标记该三角形面片区域为Ⅱ，重复以上过程实现区域生长，直到所有的三角形都被归入相应的区域Ι,ΙΙ,...；步骤三，将步骤二中被测自由曲面(7)所划分的区域Ι,ΙΙ,...，分别通过已知的被测自由曲面(7)公式对各个区域Ι,ΙΙ,...进行计算，即由高斯公式和泽尼克多项式的公式可以得到各个区域Ι,ΙΙ,...的泽尼克多项式系数，把泽尼克多项式的系数取共轭，再将数据输入到Matlab中，通过调用Matlab中的泽尼克函数便可绘图得到八位灰度图；再对ZYGO干涉仪(1)的光束进行编码，编码方式与自由曲面区域Ι,ΙΙ,...绘制八位灰度方式相对应；通过对ZYGO干涉仪(1)的光束编码后可使液晶空间光调制器(10)对其相应的区域进行测量；当PC(11)显示3‑5条稳定、清晰的干涉条纹时，记录ZYGO干涉仪(1)的测量结果中的PV值、RMS值和Strehl比值；步骤四，先计算拟合后整体被测自由曲面(7)的曲率其中m为被测自由曲面(7)划分区域的个数；di为被测自由曲面(7)第i个合成区域的曲率，可通过合成曲率来计算；Ai为被测自由曲面(7)第i个的区域的面积；借助Matlab和已算出的被测自由曲面(7)曲率对整体被测自由曲面(7)进行拟合，并得到相应的泽尼克多项式；将泽尼克多项式的系数取共轭，将数据输入到Matlab中，通过调用Matlab中的泽尼克函数便可绘图得到八位灰度图；再通过PC(11)与液晶空间光调制器(10)相连将生成的八位灰度图显示在调制器上，便可实现光路中对自由曲面的零位校正；通过观测ZYGO干涉仪(1)上的PV值、RMS值和Strehl比值，可以得知所检测的自由曲面是否合格、准确。