[发明专利]一种自由曲面非常规子孔径拼接干涉检测装置与方法

说明书

本发明公开了一种自由曲面非常规子孔径拼接干涉检测装置与方法。目前大多数光学自由曲面在光学系统中的承担的作用主要是提供或矫正部分轴上或轴外像差的特点。本发明使用非零位干涉系统出射的非球面波前作为参考，将自由曲面的检测干涉图根据其形状特征划分为非常规的子孔径形状，同时根据模型中子孔径划分参数配置实验机构参数，进而根据子孔径形状推导正交多项式进行波前拟合，最终通过同步逆向优化重构算法拼接全口径面形。本发明避免了传统圆形或环形子孔径造成的分辨率浪费，减少了子孔径数目，可以实现自由曲面的非常规子孔径拼接。

技术领域

本发明属于自由曲面的检测技术领域，尤其涉及一种自由曲面非常规子孔径拼接干涉检测装置与方法。

背景技术

光学自由曲面因其表面自由度较大，可以针对性地提供或矫正不同的轴上或轴外像差，同时满足现代光学系统高性能，轻量化和微型化的要求，从而逐渐开始成为现代光学工程领域的新宠。虽然在设计、加工和检测等方面稳步发展，然而成像领域对于光学元件面形的高精度要求却限制了自由曲面的大规模应用。尤其，自由曲面的检测技术已经成为制约其应用的最重要因素。

目前，自由曲面的检测方法主要分为接触式和非接触式。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实现。光学自由曲面的非接触式检测方法主要有夏克-哈特曼传感器法、相位偏折术和干涉测量法等。夏克-哈特曼传感器虽然可以达到一个很高的测量精度但其动态范围受到微透镜尺寸限制，而且对于大偏离量的自由曲面检测能力不足。相位偏折术对于工业自由曲面的检测能力较强，而对于高精度光学自由曲面的检测精度依然有限。干涉测量法作为目前精度最高的检测手段之一，已经在光学平面，球面乃至非球面的检测领域得到了一致公认。借助于专门设计的补偿器，可以实现高精度的零位干涉检测，但是零位补偿器的设计、检测和装调都会引入误差。而对于那些非规则、非旋转对称的光学自由曲面，则根本无法通过传统的零位补偿器进行补偿，必须使用专门的CGH，而CGH元件加工的高成本，高难度和较难于调整等特性使其测量范围和测量精度均受到限制。

基于上述难题，人们将目光转向了子孔径拼接技术，虽然CSSI和ASSI在大口径球面和中度非球面的检测中呈现出高检测精度的特点，但是由于其子孔径特征，使得其在非旋转对称的自由曲面检测中的应用依然没有实质性的突破。

目前，大多数光学自由曲面在光学系统中的承担的作用主要是提供或矫正部分轴上或轴外像差，与其相互作用的光束基本上以平面光波和球面光波为主。因此，平面波或球面波经自由曲面反射(透射)后的光波像差中必然携带系统所需的一阶或多阶非旋转对称像差，因而该波前与平面波或球面波的干涉图形也必将表现为某种或多种像差形式，而不是完全杂乱无章的。因此可利用干涉仪出射的球面波或非球面波对其进行干涉检测，但是由于自由曲面返回的波前斜率并非连续均匀分布，其局部斜率可能超过了干涉仪量程(干涉条纹密度很大)，须对其进行子孔径划分测量，而自由曲面的表面自由度决定了传统的圆形或环形子孔径划分已经不再适应自由曲面的子孔径拼接干涉测量。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出了一种自由曲面非常规子孔径拼接干涉检测装置与方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下

一种自由曲面非常规子孔径拼接干涉检测装置，包括非零位干涉检测模块和六维自由度控制模块；

所述非零位干涉检测模块，由稳频激光器出射的细光束经准直扩束系统被扩束为宽光束平行光，宽光束平行光向前传播至分光板处被分为两路光：一路向前传播至参考平面镜后原路返回作为参考波；另一路向前传播至部分零位镜后由被测自由曲面返回，再次经过部分零位镜后形成检测波；参考波和检测波在分光板处发生干涉，经成像镜成像于探测器处；为压电陶瓷，用于移相；非零位干涉检测模块；所有元件均固定在安装板上；