CN108827595A - 基于自适应理论光学***加工误差的检测装置 - Google Patents

基于自适应理论光学***加工误差的检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于自适应理论光学***加工误差的检测装置，采用点光源经扩束***产生标准平面波，经透射被测光学***，分光棱镜、移相器，以可变性反射镜作为反射波面，获取光学***的干涉条纹，通过控制可变性反射镜的变形量获取均匀干涉条纹，则反射镜的变形量则为光学***的***加工误差。本发明的检测装置可以检测任意透射式光学***，包含非球面、自由曲面等单个光学元件。本发明基于自适应理论采用干涉仪作为评判依据，通过移相器实现干涉条纹，采用可控变形反射镜的精确控制，调制出均匀的干涉条纹，采集反射镜的控制信息获取***误差。本发明克服了以往光学***无法测量***加工误差的难点。

Description

基于自适应理论光学***加工误差的检测装置
技术领域
本发明属于光学***误差检测技术领域，主要应用于光学***(包含单个元器件：非球面和光学自由曲面)加工误差检测装置，该装置还能应用于单个光学器件的整体面型误差检测。
背景技术
随着光学成像***的日渐复杂，任何加工零件误差累计会导致最终的光学***的成像等存在严峻考验，因此在复杂的光学***中设计往往会提高产品单个器件的加工技术要求，这样无形中增加了加工难度和装配的难度。而现有的光学检测设备大多数集中在设备的***指标如分辨率、传函等参数的测量，而对相应***的误差并不是很清楚，波前检测器也仅仅是检测***的波前，通过波前检测设备反推出***的波前，这些均无法直接得到光学***的总体累积误差，更谈不上对***的误差的补偿。因此针对复杂的透射式光学***随着光学零件的增加有必要对***的累积误差进行测量及补偿。
标准波面经过光学***实现不等的波面重构，而零件面型的并不是规则的误差分布，因此最终面型误差累积可以近似看着为自由曲面误差的检测。由于任意一个光学***其光学设计和结构不尽相同，因此可利用可变形反射镜实现干涉条纹的均匀度调整实现波面误差的校正。目前透射式的光学***面型的累积误差的检测是没有见于报道，美国的Rochester大学采用反射式的相位恢复法获取反射面的面型误差，该方法结构简单、易于实现但是仅该检测方法仅是凹形，限制了该方法的应用；南京理工大学的高志山等申请了一种“光学自由曲面干涉检测装置”一项专利(2011)，但是该技术依然是通过干涉条纹检测被检面型，实现单个零件表面面型的检测，对光学***面型误差无法检测。新加坡W.Guo等人采用夏克——哈特曼波前检测法应用于自由曲面的检测，目前该方法受到波前传感器尺寸等因素限制，无法应用于广泛的应用。
发明内容
本发明旨在解决现在所有光学***调试过程中由于不知道光学***累积误差的值而对装调造成很大的困难。本发明提供了一种测量透射式光学***中面型累积误差的一套检测装置。
本发明的技术方案为：
所述一种基于自适应理论光学***加工误差的检测装置，其特征在于：包括He-Ne激光器、扩束***、分光棱镜、标准球面透镜组、可变形微光学反射镜、小孔光阑、成像透镜、CCD耦合成像器、监视器、控制计算机、移相器；
He-Ne激光器后面放置扩束***，扩束***将He-Ne激光器产生的激光束扩束为均匀平行光束；扩束***后同轴放置被检测光学***；被检测光学***后沿光路放置分光棱镜，光路经过分光棱镜分为两路，其中A光路是分光棱镜透射后进入标准球面镜组，移相器与标准球面镜组一起做沿光路运动，标准球面镜组后放置可变形反射镜，可变形反射镜将标准球面镜组的出射光反射回标准球面镜组，再进入分光棱镜，分光棱镜反射进入B光路；B光路在分光棱镜反射光方向放置光阑，光阑后放置成像透镜、成像透镜后放置CCD耦合成像器，CCD耦合成像器与监视器和控制计算机连接，可控反射镜与控制计算机连接；从被检测光学***出射并经分光棱镜直接反射进入B光路的光束，与从被检测光学***出射，先进入A光路，而后经分光棱镜反射进入B光路的光束，在CCD耦合成像器上得到干涉条纹。
进一步的优选方案，所述一种基于自适应理论光学***加工误差的检测装置，其特征在于：可变形微光学反射镜采用微光学器件，实现反射镜位移-电压精确控制。
进一步的优选方案，所述一种基于自适应理论光学***加工误差的检测装置，其特征在于：可变形微光学反射镜采用连续式微光学MEMS结构。
有益效果
本发明相比较现有光学***误差检测手段，本发明基于自适应理论提出采用精确可控可变形反射镜对光学***的相位进行检测的一种检测装置。其优点在于：(1)本发明采用干涉条纹作为可变形反射镜的调整依据，克服了采用波前检测的技术局限。(2)本发明针对所有透射式的光学***、单个透镜、自由曲面透镜等均能检测其光线经过透镜后的加工误差。
附图说明
图1是本发明光学***加工误差检测装置***结构图。
具体实施方式
下面结合具体实施例描述本发明：
本发明光学***加工误差检测装置，包括He-Ne激光器1、扩束***2、分光棱镜3、标准球面透镜组5、可变形微光学反射镜6、小孔光阑7、成像透镜8、CCD耦合成像器9、监视器10、控制计算机11、移相器12；扩束机构2采用开普勒式望远机构，由第一透镜2-1，光阑2-2，第二透镜2-3组成，第一透镜2-1和第二透镜2-3焦点重合，光阑放置与第一透镜2-1和第二透镜2-3的焦点上。
He-Ne激光器1后面放置扩束***2，扩束***2后放置被检测光学***3，光学***后放置立方棱镜4，光路经过分光棱镜分为两路，其中一光路是分光棱镜4后放置的标准球面镜组5，移相器12与标准球面镜组5一起做横向运动，标准球面镜组5后放置可变形反射镜6；另一路光路是在分光棱镜4反射光方向放置光阑7，光阑7后放置成像透镜8、成像透镜8后放置CCD耦合成像器9，CCD耦合成像器9与监视器10和控制计算机11连接，可控反射镜6与控制计算机11连接。
本发明的特征在于干涉光路和可控变形反射镜的设计，让经过光源出发的经扩速***的平行光，通过被检测的光学***，从而获取带有误差信息的波面，获取的波面经分光棱镜及经可控反射镜反射的波面发生干涉，通过调整可控反射镜的变形，形成均匀的干涉条纹，则可控反射镜的变形量即为反应出光学***的加工误差。
下面结合附图，对本发明作进一步详细描述。
如图1，由He-Ne激光器1发出的光束，经扩束***2(由透镜2-1、光阑2-2、透镜2-3组成)后形成照度均匀的平行光束入射被检测光学***3，经被光学***出射的光束经分光棱镜4后经过标准球面透镜组5，一部分光束汇聚于可控变形反射镜，另一部分光束被标准球面镜组5最后一个球面反射回去作为参考光束。被检测的光学***的含加工误差的波面信息经过标准球面透镜组5反射回的参考光束和经可控变形反射镜的面型误差补偿光束均被分光棱镜反射进入小孔光阑7，成像透镜8，CCD电荷耦合器9形成干涉图像采集***，监视器10用于调整实时的干涉图。移相器12控制标准球面镜组5移相残生干涉图，计算机11用于处理获取的干涉条纹并反向控制可控反射镜6的变形，通过实时监控干涉条纹的均匀度，采集最终的可控反射镜6的控制信息最终实现光学***的加工误差的测量。

Claims (3)

1.一种基于自适应理论光学***加工误差的检测装置，其特征在于：包括He-Ne激光器、扩束***、分光棱镜、标准球面透镜组、可变形微光学反射镜、小孔光阑、成像透镜、CCD耦合成像器、监视器、控制计算机、移相器；
He-Ne激光器后面放置扩束***，扩束***将He-Ne激光器产生的激光束扩束为均匀平行光束；扩束***后同轴放置被检测光学***；被检测光学***后沿光路放置分光棱镜，光路经过分光棱镜分为两路，其中A光路是分光棱镜透射后进入标准球面镜组，移相器与标准球面镜组一起做沿光路运动，标准球面镜组后放置可变形反射镜，可变形反射镜将标准球面镜组的出射光反射回标准球面镜组，再进入分光棱镜，分光棱镜反射进入B光路；B光路在分光棱镜反射光方向放置光阑，光阑后放置成像透镜、成像透镜后放置CCD耦合成像器，CCD耦合成像器与监视器和控制计算机连接，可控反射镜与控制计算机连接；从被检测光学***出射并经分光棱镜直接反射进入B光路的光束，与从被检测光学***出射，先进入A光路，而后经分光棱镜反射进入B光路的光束，在CCD耦合成像器上得到干涉条纹。
2.根据权利要求1所述一种基于自适应理论光学***加工误差的检测装置，其特征在于：可变形微光学反射镜采用微光学器件，实现反射镜位移-电压精确控制。
3.根据权利要求2所述一种基于自适应理论光学***加工误差的检测装置，其特征在于：可变形微光学反射镜采用连续式微光学MEMS结构。
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