[发明专利]一种基于哈特曼传感器的环带拼接检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及到非球面的检测方法，特别是一种基于哈特曼传感器的环带拼接检测系统。

背景技术

非球面的传统检测方法通常采用辅助光学元件进行补偿法检测或者自准直检测，其缺点是检测成本较高、易带入辅助光学元件的误差、检测的周期长。子孔径拼接技术能够以较低的成本实现对非球面的直接检测。环带子孔径拼接检测技术是一种直接检测旋转对称非球面的技术。基于干涉仪的环形子孔径拼接检测技术可以参见“Liu.Ying_MohEdward，“Use of annular sub apertures with focus control for testingrotationally symmetric optical system”，PHD.Dissertation，University ofArizona，1987”，以及“Xi Hou，Fan Wu，Shi-bin Wu，Qiang Cheng“Annular SubapertureInteferometric Testing Technique for Large Aspheric Surfaces”Proc.of SPIEVol.5638(SPIE，Bellingham，WA，2005)”。上述基于干涉仪的环带拼接检测技术的缺点在于干涉仪的测量动态范围较小、易受环境干扰等。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于哈特曼传感器的环带拼接检测系统，实现匹配环带区域的正确测量，避免不匹配区域的光波波前对匹配区域的干扰；减小检测系统中的调整误差包括检测系统中的倾斜和偏心对拼接检测的影响；准确的确定匹配环带区域边界。

本发明的技术解决方案是：基于哈特曼传感器的环带拼接检测系统，其特征在于包括：激光光源、扩束准直系统透镜、第一透镜、第一分光元件、第二分光元件、第三分光元件、会聚透镜、滤波器孔、4F系统透镜、第二透镜、微透镜阵列、第一光电探测器、第一成像透镜、第四分光元件、第二光电探测器、第二成像透镜、第三光电探测器、计算机系统；其中扩束准直系统透镜和第一透镜组成扩束准直系统，4F系统透镜和第二透镜组成4F缩束系统；激光光源和扩束准直系统组成平行光光源，平行光光源分别经过第一分光元件、第二分光元件和第三分光元件后入射到会聚透镜后聚焦成球面波；滤波孔位于会聚透镜的焦点位置，滤除从被测非球面上反射回的超过匹配环带区域的光；从被测非球面上反射回的光经过滤波器孔的滤波后经过会聚透镜后再次经过第二分元件分成入射光和透射光；透射光路经过4F系统透镜和第二透镜组成4F缩束系统后入射到透镜阵列，第一光电探测器测量匹配环带区域的子孔径斜率，由计算机系统通过环形区域Zernike多项式基的模式波前复原算法复原单环带的波前相位数据，将单环带的复原波前相位数据保存，再由相位拼接算法拼接出全孔径的波前相位数据；反射光路再由第二分光元件分光，从第二分光元件的反射光路经过第一成像透镜后再经过第四分光元件再次分成反射和透射光路，经过第四分光元件的反射光路经过第二成像透镜将被测非球面成像于第三光电探测器靶面上，辨识被测非球面上的边界标志点以确定匹配环带区域的边界；经过第四分光元件的透镜光路聚焦于第二光电探测器上，用于减小每次匹配环带区域的测量的调整误差。

本发明的原理是：利用一系列不同曲率半径的球面波去匹配被测非球面的不同区域，在匹配环带区域，被测非球面和匹配球面波得偏离量在哈特曼传感器的测量动态范围内，从而实现对被测非球面全孔径的检测。

本发明与现有技术相比有如下优点：

(1)本发明建立在哈特曼传感器的环带拼接检测，哈特曼传感器是通过微透镜阵列测量对应区域的子孔径质心偏移，进而得到斜率，通过斜率复原波前。因此相对干涉仪，具有测量动态范围大，抗环境干扰能力强的优点。

(2)本发明采用了滤波器小孔滤除超过哈特曼测量动态范围的光波波前，实现匹配环带区域的正确测量，避免不匹配区域的光波波前对匹配区域的干扰。

(3)本发明采用会聚透镜将平行光转换为球面波，可通过转换不同焦距/口径比的会聚透镜形成不同发散角的球面波，因此对一固定口径的哈特曼传感器可测量不同口径和曲率半径的非球面。

(4)本发明采用了镜面标记，并成像到光电探测器靶面上的标识方法，并对靶面划分为对应于哈特曼传感器微透镜阵列的NXN的子孔径形式，从而准确的确定了匹配环带区域边界。