[发明专利]光学自由曲面干涉检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种斐索型共光路干涉测量装置，特别是一种用于光学非球面和光学自由曲面面形质量检验的装置。

背景技术

近些年,光学自由曲面的优越性引起科技人员的广泛关注,并尝试应用自由曲面改善光学系统性能,普遍认为光学自由曲面将对光学系统的质量、小型化等产生革命性的影响，但是无论是制作成本还是加工精度都远不能与传统的非球面相比，面形的精密检测是制约自由曲面技术发展的瓶颈技术。

光学自由曲面的加工分为铣削、研磨、抛光三个阶段，根据各阶段要求精度的不同，分别采用不同的检测手段。一般，第一阶段和第二阶段分别使用三坐标机和面形轮廓仪进行检测，第三阶段精度要求最高，经过抛光之后的光学自由曲面对于测量的超高精度要求以及在检测过程中必须兼顾测量精度和测量范围之间的矛盾使得传统的接触式测量已经无法达到要求。目前，国内外对光学自由曲面检测技术提出了不同的方法，但都存在着问题：测量方法慢，柔性不够。Petz M等人在《Reflection grating method for 3D measurement of reflecting surfaces》（SPIE, V4399,2001）中提出反射光栅摄影测量法，精度可达到微米量级，但需使用繁杂的迭代算法。张新等人在《光学自由曲面的检测方法》（《中国光学与应用光学》第1卷，第1期，2008）中应用CGH作为零位补偿器检测一个非旋转对称的三次位相板，利用计算全息图作为零位补偿器去检测光学自由曲面，省去了复杂的迭代算法，但是零位CGH与光学自由曲面存在一一对应关系，成本很高，并且当被检面斜率过大时，CGH的加工误差增大，精度下降。Jan Liesener等人在《Interferometer with Dynamic Reference》（SPIE,V5252,2004）中提出一种基于泰曼格林型干涉系统和点光源阵列垂轴分布产生多倾斜波面干涉的技术方案。该方案可以检测旋转对称非球面，也可检测非旋转对称非球面，具有检测自由曲面的应用前景，但是干涉系统应用改进的泰曼格林型式，在干涉仪参考臂中引入许多光学元件，光路复杂，误差源较多，不利于提高检测精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适合于光学非球面和光学自由曲面的检验，覆盖较多测试对象，精度高且成本低的斐索型光学自由曲面干涉检测装置。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种光学自由曲面干涉检测装置，包括激光器、扩束系统、可控微透镜点源阵列、分光棱镜、标准球面透镜组、移相器、小孔光阑、成像透镜、电荷耦合器件CCD、监视器和计算机；激光器后面放置扩束系统，扩束系统后放置可控微透镜点源阵列，可控微透镜点源阵列后面放置分光棱镜，经分光棱镜后光路结构分为两路，一路是分光棱镜后放置标准球面透镜组，移相器与标准球面透镜组相连接驱动标准球面透镜组作横向移动，另一路在分光棱镜反射光的方向放置小孔光阑，小孔光阑后面放置成像透镜，成像透镜后放置电荷耦合器件CCD，电荷耦合器件CCD与监视器和计算机相连接。

本发明与现有技术相比，其显著优点：（1）本发明干涉系统采用斐索型，光路中使用可控微透镜点源阵列产生多视场干涉图重构自由曲面面形，根据被测面特征产生可控点源阵列点亮方案，装置可覆盖较多类型测试对象（包含非球面）。克服了现有自由曲面检测方法单一性和高成本的缺点。（2）参考波面与多视场倾斜波面经过几乎相同的光学元件，且系统采用斐索型，克服了现有检测方法中由非共光路带来的误差大的缺陷。（3）干涉系统无需精密微位移平台等运动组件，克服了子孔径方法对位移精度要求高的缺陷。 

附图说明

图1是本发明光学自由曲面干涉检测装置的系统结构图。

图2是本发明装置中可控微透镜点源阵列的结构图。

具体实施方式

本发明光学自由曲面干涉检测装置，包括激光器1、扩束系统2、可控微透镜点源阵列3、分光棱镜4、标准球面透镜组5、移相器6、小孔光阑8、成像透镜9、电荷耦合器件CCD1、监视器11和计算机12；可控微透镜点源阵列3包括微透镜阵列3-1、小孔阵列3-2和光源选择掩膜板3-3，可控微透镜点源阵列3位于激光器的出射光路上，用于产生所要选择的点光源。微透镜阵列3-1其后放置小孔阵列3-2，小孔阵列3-2后面再放置光源选择掩膜板3-3；所述微透镜阵列3-1的阵列数、小孔阵列3-2的阵列数和光源选择掩膜板3-3的阵列数三者数目相同。