[发明专利]大陡度凸面光学自由曲面高频段像差检测系统及检测方法

权利要求书

1.大陡度凸面光学自由曲面高频段像差检测系统，包括高频段像差检测系统(A1)、计算机处理系统(A2)和光路夹持与装调系统(A3)，所述光路夹持与装调系统(A3)用于对高频段像差检测系统(A1)进行调整；其特征是：

所述高频段像差检测系统(A1)包括待测凸面自由曲面(1)、发光屏(2)和相机(3)；

所述计算机处理系统(A2)采用计算机辅助光线追迹测量方法对所述高频段像差检测系统(A1)的结构参数进行初步标定，然后在对所述结构参数初步标定的基础上，对包括待测凸面自由曲面(1)在内的系统元件偏移以及倾斜参量进行逆向优化，实现对标定误差的有效校正，标定测量得到发光屏(2)、外置针孔(4)和待测凸面自由曲面(1)之间的距离；

在标定过程中，外置针孔(4)安装在相机(3)镜头的外部，对发光屏(2)、外置针孔的相机(3)和待测凸面自由曲面(1)进行准直，使相机(3)的光轴和待测凸面自由曲面(1)的光轴重合，且待测凸面自由曲面(1)的光轴与发光屏(2)的屏幕平行，将相机(3)调焦在待测凸面自由曲面(1)的表面；

所述发光屏(2)上显示光强编码的相移条纹图通过待测凸面自由曲面(1)后，经过相机针孔投射到相应的相机的焦平面上，获得对应光线的位置，根据光学系统的几何关系计算波前斜率，重构出波前面形，并计算出波像差；获得待测凸面自由曲面(1)的高频段面形；

所述光路夹持与装调系统(A3)包括X、Y、Z轴旋转台(8)，工装件(9)，单轴连接板(10)，双轴连接板(11)和气浮隔振平台(12)；

所述相机(3)固定在单轴连接板(10)上，发光屏(2)固定在双轴连接板(11)上，X、Y、Z轴旋转台(8)固定在工装件(9)上；工装件(9)垂直固定于气浮隔振平台(12)上，待测凸面自由曲面(1)通过夹持机构固定在X、Y、Z轴旋转台(8)上，使所述待测凸面自由曲面(1)实现绕X、Y、Z方向的旋转。

2.根据权利要求1所述的大陡度凸面光学自由曲面高频段像差检测系统，其特征在于：

根据所述发光屏上显示的相移条纹图，确定发光屏上像素位置与它照明的待测凸面自由曲面位置之间的对应关系，采用光强对屏幕像素位置进行编码，选择正弦条纹图进行显示，根据发光屏的屏幕尺寸和分辨率，选择正弦条纹一个周期的像素数，确定一个周期条纹对应的实际尺寸；利用相移技术，选择相移条纹的相移步数N，利用Matlab编程得到由光强调制的相移条纹图。

3.根据权利要求1所述的大陡度凸面光学自由曲面高频段像差检测系统，其特征在于：所述计算机处理系统(A2)获取发光屏(2)上生成的一组水平和竖直方向的正弦相移条纹图，利用相移技术，选择相移条纹的相移步数N，编程得到由光强调制的相移条纹图；拍下经过待测凸面自由曲面(1)偏折后的发光屏(2)上显示的相移条纹图，移去待测凸面自由曲面(1)后再拍一组水平和竖直相移条纹图作为参考；将拍到的相移条纹图根据计算机处理系统(A2)进行相位展开、计算斜率并恢复波前，根据恢复的待测凸面自由曲面光学系统波前分析波前像差。

4.大陡度凸面光学自由曲面高频段像差检测方法，其特征是：该方法基于权利要求1-3中任一项所述的大陡度凸面光学自由曲面高频段像差检测系统实现，该方法由以下步骤实现：

步骤1、对高频段像差检测系统进行搭建和装调；

步骤2、采用装调后的高频段像差检测系统对待测凸面自由曲面(1)进行图像信息的采集；

步骤3、采用计算机对采集的图像信息进行高频段像差进行处理，获得待测凸面自由曲面(1)的面形信息。