[发明专利]多姿态大口径平面光学元件面形检测装置和方法

权利要求书

1.一种多姿态大口径平面光学元件面形检测装置，其特征在于，包括光学系统（1）、三维精密运动平台（2）和面形检测控制与处理系统（3）；三维精密运动平台（2）包括垂直运动导轨（4）、水平运动导轨（5）和旋转运动平台（6）；三维精密运动平台（2）用于实现对不同姿态下光学元件的面形测量过程中的二维扫描运动；面形检测控制与处理系统（3）实现对三维精密运动平台（2）的运动控制、光学系统（1）的姿态调整、光斑信息采集、面形重构、面形绘制功能；光学系统（1）包括光学头（8）、楔镜组（9）和固定在光学头（8）末端的潜望镜（10）；光学头（8）产生一束高质量的平行光束并获取从被测元件反射回的光束的像，从光学头（8）出来的一束平行光通过楔镜组（9）后，分为2×2束平行光束，经过潜望镜（10）后入射到光学元件表面，反射后进入CCD相机（16）成像形成2×2个光斑；通过高精密运动平台做二维扫描控制，利用检测图像中激光光斑在水平方向和垂直方向上的位移，重构出被测元件表面的面形分布。

2.权利要求1所述的面形检测装置，其特征在于，所述光学头（8）包括激光器（11）、自准直器（12）、分光镜（13）、扩束筒（14）、透镜（15）和CCD相机（16），由激光器（11）产生的点光源通过自准直器（12）产生一束平行光，经过分光镜（13）和扩束筒（14）后，形成扩束后的平行光入射到被测元件表面，反射后的平行光经过扩束筒（14）和分光镜（13）后，再经过透镜（15）和CCD相机（16）形成反射后光束的像。

3.权利要求1所述的面形检测装置，其特征在于，所述楔镜组（9）包括2片楔形镜片，2片楔形镜片呈L型放置。

4.权利要求1所述的面形检测装置，其特征在于，所述潜望镜（10）包括第一反射镜（17）、第二反射镜（18）和二维快速偏转平台（19），二维快速偏转平台（19）实现第二反射镜（18）的二维快速倾斜功能。

5.权利要求1至4任一所述的面形检测装置进行面形检测的方法，其特征在于，包括以下流程：

(1)将所述的面形检测装置和被测平面光学元件相对而置，调节微动机械调整机构，使被测平面光学元件被测表面与面形检测装置的垂直运动导轨（4）和水平导轨（5）组成的平面平行；对于与垂直运动导轨（4）和水平导轨（5）组成的平面成夹角的被测平面光学元件，通过动力机构及其控制系统驱动旋转光学头（8），使被测平面光学元件与面形检测装置平行；

(2)开启激光器（11）的电源，光学头（8）产生的平行光，经过楔镜组（9）、潜望镜（10）到被测平面光学元件，再返回到光学头（8），经分光镜（13）进入CCD相机（16）汇聚成2x2个激光光斑；

（3）设定被测平面光学元件的尺寸、垂直运动导轨（4）和水平运动导轨（5）的运动步长、运动的起始坐标原点、光学头姿态自动校正精度；

（4）激光器（11）预热30分钟后，动力机构驱动光学头（8）对被测平面光学元件采用从左到右，从上到下方式进行二维扫描；针对每个测量点，通过二维快速偏转平台（19），系统判断反射回的左上角光斑与上一个测量点是否处于同一位置，若为同一位置，则光学系统姿态调整结束；

（5）面形检测控制与处理系统（3）采集通过被测元件反射回CCD相机（16）形成的光斑，对图像进行处理获取光斑的质心位置，通过常规面形重构算法重构出被测平面光学元件的面形分布。