CN101251439A - 一种基于相位恢复技术的大型光学镜面在位检测装置 - Google Patents

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CN101251439A CNA2008100308159A CN200810030815A CN101251439A CN 101251439 A CN101251439 A CN 101251439A CN A2008100308159 A CNA2008100308159 A CN A2008100308159A CN 200810030815 A CN200810030815 A CN 200810030815A CN 101251439 A CN101251439 A CN 101251439A
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李圣怡
戴一帆
吴宇列
郑子文
胡晓军
王贵林
陈善勇
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Abstract

本发明公开了一种基于相位恢复技术的大型光学镜面在位检测装置，激光源(1)、数码相机(2)和分光棱镜(3)都安装在平台(4)上；分光棱镜(3)安装在激光源(1)的正前方，并与激光源(1)的光的射出方向呈45度夹角；数码相机(2)安装在激光源(1)的一侧，且与分光镜(3)按照光学成像原理布置；平台(4)的正前方，在固定在机床(7)夹具上的被测非球面镜(8)的上方，安装有反射镜支架(9)，反射镜支架(9)横梁上安装反射镜(6)，反射镜(6)与激光源(1)的射线呈45度夹角。本发明在加工机床上直接进行检测，测量时不需要反复拆装正在加工的大型光学镜，节省加工和检测时间，提高了大镜加工的精度和效率。

Description

一种基于相位恢复技术的大型光学镜面在位检测装置
技术领域
本发明涉及一种光学测试装置，特别是涉及一种针对大型光学镜面或光学***采用基于相位恢复技术的大型光学镜面在位检测装置。
背景技术
大型光学反射镜面是空间技术、卫星光学侦察技术以及天文观测技术中最为关键的光学元件。随着空间技术和军事技术的发展，对大口径反射镜面的需求越来越多，口径要求越来越大，精度要求越来越高。目前世界上已经有口径在8-10m的天文望远镜投入使用。为保证大型光学镜面的加工精度，在加工过程中需要经常对大型光学镜面的面形进行检测，以便根据测量结果及时修正加工方案，确保最终达到所要求的面形精度。
目前进行镜面面形测量的主要仪器有波面干涉仪，波面干涉仪是利用干涉原理进行测量，可以实现面形的高精度检测，但是该设备对测量的环境要求高，对振动和空气扰动比较敏感，一般难以实现加工现场的面形检测。因此一般为了进行检测，需要把被加工光学零件从加工机床上卸下，然后再装到检测设备上。由于大镜体积大，质量也大，搬运困难，检测操作难度大，时间长；特别是在后续精加工阶段，加工量很少，加工时间短，而检测频繁，在检测上耗费大量时间，极大的影响了加工效率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种直接对在机床上加工的大型光学镜的镜面进行在位检测的基于相位恢复技术的大型光学镜面在位检测装置。
本发明的目的通过下述技术方案予以实现：包括激光源、数码相机、分光棱镜、带支架的平台和计算机，所述激光源、数码相机和分光棱镜都安装在平台上；所述分光棱镜安装在激光源的正前方，并与激光源的光的射出方向呈45度夹角；所述数码相机安装在激光源的一侧，且与分光镜按照光学成像原理布置；所述计算机装载专用软件，通过电缆(11)与激光源、数码相机和平台的支架的运动机构电连接；所述平台的正前方，在固定在机床夹具上的被测非球面镜的上方，安装反射镜支架，反射镜支架横梁上安装反射镜，反射镜与激光源的射线呈45度夹角。
所述平台安装在支架顶部，支架安装沿X、Y、Z轴平移和绕Y、Z轴转动的受计算机控制的五自由度运动机构，运动机构与计算机用电缆电连接。
所述反射镜支架为移动式门架结构。
所述反射镜采用平面镜，呈45度夹角安装在反射镜支架横梁上，反射镜与反射镜支架之间安装有夹角调整固定机构。
所述数码相机的分辨率不低于100万象素。
所述激光源的波长为400nm-760nm。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：在加工机床上直接进行检测，测量时不需要反复拆装正在加工的大型光学镜，节省加工和检测时间。适合于大型光学镜生产企业、科研和检测单位使用。
附图说明
图1为本发明一实施例结构示意图；
图2为为图2的A向放大视图；
图中：1-激光源，2-数码相机，3-分光棱镜，4-平台，5-支架，6-反射镜，7-机床，8-被测非球面镜，9-反射镜支架，10-计算机，11-电缆。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
参照附图，本发明包括激光源1、数码相机2、分光棱镜3、带支架5的平台4和计算机10，所述激光源1、数码相机2和分光棱镜3都安装在平台4上；所述分光棱镜3安装在激光源1的正前方，并与激光源1的光的射出方向呈45度夹角；所述数码相机2安装在激光源1的一侧，且与分光镜3按照光学成像原理布置；所述计算机10装载专用软件，通过电缆11与激光源1、数码相机2和平台4的支架5的运动机构电连接；所述平台4的正前方，在固定在机床7夹具上的被测非球面镜8的上方，安装反射镜支架9，反射镜支架9横梁上安装反射镜6，反射镜6与激光源1的射线呈45度夹角。
三维坐标系设置：激光源1的光源的射线为X轴，同时垂直于地面和X轴的为Z轴，Y轴是在X轴的水平面上且垂直于X、Z两轴的直线，三轴的原点设在激光源1的光源出口处。
所述平台4安装在支架5顶部，支架5安装沿X、Y、Z轴平移和绕Y、Z轴转动的受计算机10控制的五自由度运动机构，运动机构与计算机10用电缆11电连接。
所述反射镜支架9为移动式门架结构。
所述反射镜6采用平面镜，呈45度夹角安装在反射镜支架9横梁上，反射镜6与反射镜支架9之间安装有夹角调整固定机构。
所述数码相机2的分辨率不低于100万象素。
所述激光源1的波长为400mm-760nm。
相位恢复技术的理论核心是采用迭代算法。1972年，Gerchberg与Saxton首次提出了一种GS迭代算法，开创了相位恢复技术应用的基础，随后各种算法相继出现，使相位恢复技术得以逐步推广应用。但是在国外该技术目前主要应用在大型空间望远镜的装配检测方面，比较典型的是哈勃望远镜像差诊断及校正，NASA下一代拼接式大型空间望远镜JWST的加工与装配检测，在大镜加工现场的面形在位测量方面还未见相关的研究报道。对于相位恢复技术国内也开展了一些研究，但一般应用于二元光学、图像处理的研究或算法本身的改进研究，在大镜面形的在位测量技术方面也还没有相关的研究。
本发明是根据基于相位恢复技术研究出来的装置，通过本发明可以获取被测非球面镜8在激光源1光线的照射后反射回来的光场形成的数码照片。计算机10配备的装用软件对数码照片的光场进行分析计算得出检测结果。
工作原理；激光源1发出的光源通过分光棱镜3和反射镜6照亮被测非球面镜8的镜面，被测非球面镜8的镜面将光束发射回来并汇聚，再通过反射镜6和分光棱镜3在CCD相机2上形成衍射图像。当镜面存在误差时，反射光场的相位会携带镜面误差，并在汇聚点附近产生不同的衍射光强分布。数码相机2拍摄到这些衍射光场的光强形成数码照片，计算机10对数码照片进行算法处理，最后得到被测非球面镜8镜面的面形误差分布，加工人员根据误差分布进行修正加工。

Claims (6)

1.一种基于相位恢复技术的大型光学镜面在位检测装置，包括激光源(1)、数码相机(2)、分光棱镜(3)、带支架(5)的平台(4)和计算机(10)，其特征在于；所述激光源(1)、数码相机(2)和分光棱镜(3)都安装在平台(4)上；所述分光棱镜(3)安装在激光源(1)的正前方，并与激光源(1)的光的射出方向呈45度夹角；所述数码相机(2)安装在激光源(1)的一侧，且与分光镜(3)按照光学成像原理布置；所述计算机(10)装载专用软件，通过电缆(11)与激光源(1)、数码相机(2)和平台(4)的支架(5)的运动机构电连接；所述平台(4)的正前方，在固定在机床(7)夹具上的被测非球面镜(8)的上方，安装反射镜支架(9)，反射镜支架(9)横梁上安装反射镜(6)，反射镜(6)与激光源(1)的射线呈45度夹角。
2.根据权利要求1所述的一种基于相位恢复技术的大型光学镜面在位检测装置，其特征在于：所述平台(4)安装在支架(5)顶部，支架(5)安装沿X、Y、Z轴平移和绕Y、Z轴转动的受计算机(10)控制的五自由度运动机构，运动机构与计算机(10)用电缆(11)电连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于相位恢复技术的大型光学镜面在位检测装置，其特征在于：所述反射镜支架(9)为移动式门架结构。
4.根据权利要求1或3所述的一种基于相位恢复技术的大型光学镜面在位检测装置，其特征在于：所述反射镜(6)采用平面镜，呈45度夹角安装在反射镜支架(9)横梁上，反射镜(6)与反射镜支架(9)之间安装有夹角调整固定机构。
5.根据权利要求1所述的一种基于相位恢复技术的大型光学镜面在位检测装置，其特征在于：所述数码相机(2)的分辨率不低于100万象素。
6.根据权利要求1所述的一种基于相位恢复技术的大型光学镜面在位检测装置，其特征在于：所述激光源(1)的波长为400nm-760nm。
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