專利名稱：一種大口徑窗口檢測裝置及檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于先進光學(xué)制造與檢測領(lǐng)域，涉及大口徑窗口檢測裝置及檢測方法，特別涉及一種大口徑窗口檢測方法。
背景技術(shù)：
窗口在現(xiàn)在的光學(xué)系統(tǒng)中有著不可替代的作用，隨著科技及光學(xué)制造技術(shù)的不斷發(fā)展，窗口口徑在不斷的增大，窗口精度要求也越來越高。檢測精度制約加工精度，有高精度的檢測方法才有高精度的加工，才有高精度的窗口。然而，對口徑為I米及以上的大口徑窗口進行高精度定量檢測仍然存在很多挑戰(zhàn)。
在窗口加工階段，通常先加工窗口的第一表面，當(dāng)這個表面精度達到要求后，在進入第二個表面的加工。窗口等光程修磨的主要工作也是集中在第二個工作面的面形修磨。由于實際上能得到的光學(xué)玻璃式熔石英玻璃的光學(xué)均勻性/折射率微差分布狀態(tài)很難達到理想的呈中心對稱的單調(diào)曲線，第二個工作面修磨后的面形并不是理論上的平面式球面，而是嚴格意義下的非球面。使用大口徑平面干涉儀檢測整體的透射波前，根據(jù)透射波前的檢測結(jié)果來指導(dǎo)第二個工作面的拋光加工。隨著窗口口徑的增大，要檢測窗口的整體透射波前需要大口徑的平面干涉儀，但是制造大口徑平面干涉儀存在很大困難，口徑大于800mm更是難于實現(xiàn)。為了檢測大口徑窗口整體透射波前，謝京江(大口徑高精度空間光學(xué)窗鏡制造技術(shù).光學(xué)技術(shù)，1998，3 :70-72)提出把大口徑窗口放入標準球面鏡的自準直光路中，在球心處放置徑向剪切激光數(shù)字干涉儀進行檢測。這種方法具有使用方便，但是窗口放入標準球面鏡的自準直光路中，會引入系統(tǒng)誤差(負球差)，其在實際的檢測中認為此誤差是小量誤差，實際中忽略了此系統(tǒng)誤差(負球差)，但是這樣必然會對最終結(jié)果產(chǎn)生影響。傳統(tǒng)檢測窗口的方法是把窗口放入平面干涉儀和標準平面鏡構(gòu)成的自準直系統(tǒng)中進行檢測，但是由于窗口的兩個工作面近似于平面，檢測過程中會有鬼像產(chǎn)生，影響檢測精度。為了提高窗口檢測精度，Chiayu Ai and James C. Wyant在美國授權(quán)專利號“US005398112A，*‘Method for testing an optical window with a small wedge angle，，中提出把窗口傾斜一定角度后放入干涉儀和標準平面鏡構(gòu)成的自準直光路中，避免鬼像產(chǎn)生，提高檢測精度。但是對大口徑窗口檢測需要大口徑干涉儀及大口徑標準平面鏡，制造大口徑的干涉儀十分困難，該方法適合小口徑窗口高精度檢測，不適合大口窗口的高精度檢測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于補償器和子孔徑拼接的方法檢測大口徑窗口檢測裝置及檢測方法，利用子孔徑拼接獲得大口徑窗口的全口徑透射波前，有效的解決其它檢測方法中大口徑平面干涉儀制造困難等問題，也可以解決利用干涉儀和標準球面構(gòu)成的自準直系統(tǒng)中引入的球差的誤差。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案一種大口徑窗口檢測裝置，包括相移干涉儀I、補償器2、被測窗口 3、標準球面鏡4、調(diào)整機構(gòu)5及計算機系統(tǒng)6 ;計算機系統(tǒng)6與相移干涉儀I連接，補償器2位于相移干涉儀I和被測窗口 3之間，被測窗口 3放置在補償器2位于與標準球面鏡4之間，同時被測窗口 3與調(diào)整機構(gòu)5連接；補償器2補償被測窗口 3放入相移干涉儀I與標準球面鏡4組成的自準直光路中所引入的象差；被測窗口 3通過調(diào)整機構(gòu)5進行調(diào)節(jié)，使相移干涉儀I獲得被測窗口 3上有相互重疊區(qū)域的子區(qū)域透射波前信息，計算機系統(tǒng)6對所得到的所述子區(qū)域透射波前信息進行拼接處理獲得被測窗口3的全口徑透射波前信息。一種大口徑窗口檢測方法，其特征在于步驟如下第一步對權(quán)利要求I所述的大口徑檢測裝置進行調(diào)整，首先調(diào)整相移干涉儀I和標準球面鏡4，使光路為自準直光路，然后使補償器2處于理想設(shè)計的位置，即光波通過補償器產(chǎn)生和理論上光波通過窗口產(chǎn)生的象差相反的象差，最后放入被測窗口 3 ； 第二步如果大口徑被測窗口 3的口徑小于標準球面鏡4的口徑，通過干涉儀I直接獲得被測窗口 3的全口徑透射波前信息，測試完畢；如果被測窗口 3的口徑大于標準球面鏡4的口徑，通過調(diào)整機構(gòu)5調(diào)整被測窗口 3和相移干涉儀I之間的相互幾何關(guān)系，使得相移干涉儀I測得被測窗口 3的子區(qū)域波前信息，此時保證被測件的子區(qū)域之間的重疊區(qū)域為子孔徑的30%及以上；第三步通過計算機系統(tǒng)6將所獲得的被測窗口 3的子區(qū)域透射波前信息保存下來；第四步計算機系統(tǒng)6對所獲得的子區(qū)域透射波前信息進行拼接數(shù)據(jù)處理，拼接數(shù)據(jù)處理流程為讀入被測窗口 3子區(qū)域數(shù)據(jù)，對重疊區(qū)域進行判斷；將所有重疊區(qū)數(shù)據(jù)的差值同時進行最小二乘擬合，計算出具有全局優(yōu)化的拼接參數(shù)相位常數(shù)和傾斜；根據(jù)拼接后的數(shù)據(jù)信息繪制出被測窗口 3的全口徑透射波前信息的輪廓圖和三維圖；即可獲得反應(yīng)被測窗口 3的全口徑透射波前信息。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于( I)本發(fā)明的檢測裝置在檢測被測大口徑窗口過程中，不需要大口徑平面干涉儀和大口徑標準平面鏡，只需要一個標準4英寸小口徑球面干涉儀、標準球面鏡和補償器；，利用補償器補償被測窗口放入干涉儀與標準球面鏡構(gòu)成的自準直系統(tǒng)中引入的球差，檢測結(jié)果不引入此類誤差，有效的解決其它檢測方法中大口徑平面干涉儀制造困難等問題，也可以解決利用干涉儀和標準球面構(gòu)成的自準直系統(tǒng)中引入的球差的誤差。(2)本發(fā)明既可以用小口徑標準球面鏡結(jié)合子孔徑拼接的方法檢測大口徑窗口，也可以用大口徑標準球面鏡全口徑檢測窗口。(3)本發(fā)明的檢測方法利用補償器補償被測窗口放入干涉儀和標準球面構(gòu)成的自準直系統(tǒng)中引入的象差，如果窗口口徑小于標準球面鏡的口徑，可以一次測得窗口的透射波前信息，如果窗口口徑大于標準球面的口徑，可以利用子孔徑拼接的方法獲得大口徑窗口的全口徑透射波前，這種檢測方法不僅可以有效的解決其它檢測方法中大口徑平面干涉儀制造困難等問題，也可以解決利用干涉儀和標準球面構(gòu)成的自準直系統(tǒng)中引入的球差的誤差。


圖I為本發(fā)明檢測裝置構(gòu)成示意圖，窗口口徑大于標準球面鏡口徑；圖2為本發(fā)明檢測裝置構(gòu)成示意圖，窗口口徑小于標準球面鏡口徑；圖3為本發(fā)明干涉儀檢測大口徑窗口的中心子區(qū)域示意圖；圖4為本發(fā)明干涉儀檢測大口徑窗口的一個邊緣子區(qū)域示意圖；圖5為本發(fā)明干涉儀檢測被測大口徑窗口的所有子區(qū)域分布圖示意圖；圖6為本發(fā)明計算機系統(tǒng)中拼接數(shù)據(jù)處理流程圖。圖中1為相移干涉儀，2為補償器，3為被測窗口，4標準球面鏡，5為調(diào)整機構(gòu)，6為計算機系統(tǒng)。
具體實施例方式如圖I所示，本發(fā)明實施例中的一種大口徑窗口檢測裝置，包括相移干涉儀I、補償器2、被測窗口 3、標準球面鏡4、調(diào)整機構(gòu)5及計算機系統(tǒng)6 ;計算機系統(tǒng)6與相移干涉儀I連接，補償器2補償被測窗口 3放入相移干涉儀I與標準球面鏡4組成的自準直光路中所引入的象差；被測窗口 3通過調(diào)整機構(gòu)5進行調(diào)節(jié)，使相移干涉儀I獲得被測窗口 3上有相互重疊區(qū)域的子區(qū)域透射波前信息，最后由安裝在計算機系統(tǒng)6上的數(shù)據(jù)處理軟件對所得到的子區(qū)域透射波前信息進行拼接處理，獲得被測窗口 3的全口徑透射波前信息；當(dāng)被測大口徑窗口 3 口徑小于標準球面4鏡口徑如圖2所示時，此時通過相移干涉儀I可以一次獲得被測大口徑窗口 3的透射波前信息。一種大口徑窗口檢測方法的步驟如下第一步調(diào)整光路到理想位置，首先調(diào)整相移干涉儀I和標準球面鏡4，使其光路為自準直光路，然后使補償器2處理理想設(shè)計的位置，即光波通過補償器產(chǎn)生和理論上光波通過窗口產(chǎn)生的象差相反的象差，最后放入大口徑被測窗口 3，如圖I所示。第二步如果大口徑被測窗口 3的口徑小于標準球面鏡口徑，通過干涉儀I直接獲得大口徑窗口的全口徑透射波前信息，測試完畢；如果大口徑被測窗口 3的口徑大于標準球面鏡口徑，通過調(diào)整機構(gòu)5調(diào)整大口徑被測窗口 3和相移干涉儀I之間的相互幾何關(guān)系，使得相移干涉儀I測得被測大口徑被測窗口 3的子區(qū)域波前信息，如圖3和圖4所示，此時保證被測件的子區(qū)域之間的重疊區(qū)域為子孔徑的30%及以上，圖5表示子區(qū)域之間的相互關(guān)系。第三步通過安裝在計算機系統(tǒng)6上的干涉儀處理軟件將所獲得的大口徑被測窗口 3的子區(qū)域透射波前信息保存下來。第四步拼接數(shù)據(jù)處理。拼接數(shù)據(jù)處理流程如圖6所示大口徑被測窗口 3的子區(qū)域測量時由于調(diào)整誤差的影響，使得測量數(shù)據(jù)中主要包含調(diào)整誤差信息、透射波前信息。具體過程如下讀入大口徑被測窗口 3子區(qū)域數(shù)據(jù)，對重疊區(qū)域進行判斷；將所有重疊區(qū)數(shù)據(jù)的差值同時進行最小二乘擬合，計算出具有全局優(yōu)化的拼接參數(shù)相位常數(shù)和傾斜；根據(jù)拼接后的數(shù)據(jù)信息繪制出大口徑被測窗口 3的全口徑透射波前信息的輪廓圖和三維圖；即可獲得反應(yīng)大口徑被測窗口 3的全口徑透射波前信息，通過分析獲得的檢測結(jié)果指導(dǎo)下階段的加工，如果檢測結(jié)果符合設(shè)計要求那么此結(jié)果即是最終檢測結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種大口徑窗口檢測裝置，其特征在于包括相移干涉儀(I)、補償器(2)、被測窗口(3)、標準球面鏡(4)、調(diào)整機構(gòu)(5)及計算機系統(tǒng)(6);計算機系統(tǒng)(6)與相移干涉儀(I)連接，補償器(2)位于相移干涉儀(I)和被測窗口(3)之間，被測窗口(3)放置在補償器(2)位于與標準球面鏡(4)之間，同時被測窗口(3)與調(diào)整機構(gòu)(5)連接；補償器(2)補償被測窗口(3)放入相移干涉儀(I)與標準球面鏡(4)組成的自準直光路中所引入的象差；被測窗口(3)通過調(diào)整機構(gòu)(5)進行調(diào)節(jié)，使相移干涉儀(I)獲得被測窗口(3)上有相互重疊區(qū)域的子區(qū)域透射波前信息，計算機系統(tǒng)(6)對所得到的所述子區(qū)域透射波前信息進行拼接數(shù)據(jù)處理獲得被測窗口(3)的全口徑透射波前信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種大口徑窗口檢測裝置，其特征在于所述計算機系統(tǒng)(6)對所得到的所述子區(qū)域透射波前信息進行拼接數(shù)據(jù)處理過程為讀入被測窗口(3)子區(qū)域數(shù)據(jù)，對重疊區(qū)域進行判斷；將所有重疊區(qū)數(shù)據(jù)的差值同時進行最小二乘擬合，計算出具有全局優(yōu)化的拼接參數(shù)相位常數(shù)和傾斜；根據(jù)拼接后的數(shù)據(jù)信息繪制出被測窗口(3)的全口徑透射波前信息的輪廓圖和三維圖；即可獲得反應(yīng)被測窗口(3)的全口徑透射波前信肩、O
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種大口徑窗口檢測裝置，其特征在于所述的標準球面鏡(4)為口徑小于窗口的小口徑球面鏡或者口徑大于窗口的大口徑球面鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種大口徑窗口檢測裝置，其特征在于所述裝置用于被測窗口(3)最終面形檢測，或被測窗口(3)拋光制造的過程檢測。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種大口徑窗口檢測裝置，其特征在于所述相移干涉儀(I)采集到得子區(qū)域透射波前信息的兩個子孔徑之間的重疊區(qū)域為子孔徑的30%及以上，以實現(xiàn)高精度的數(shù)據(jù)拼接處理。
6.一種大口徑窗口檢測方法，其特征在于步驟如下 第一步對權(quán)利要求I所述的大口徑檢測裝置進行調(diào)整，首先調(diào)整相移干涉儀(I)和標準球面鏡(4)，使光路為自準直光路，然后使補償器(2)處于理想設(shè)計的位置，即光波通過補償器產(chǎn)生和理論上光波通過窗口產(chǎn)生的象差相反的象差，最后放入被測窗口(3)； 第二步如果大口徑被測窗口(3)的口徑小于標準球面鏡(4)的口徑，通過干涉儀(I)直接獲得被測窗口(3)的全口徑透射波前信息，測試完畢；如果被測窗口(3)的口徑大于標準球面鏡(4 )的口徑，通過調(diào)整機構(gòu)(5 )調(diào)整被測窗口( 3 )和相移干涉儀(I)之間的相互幾何關(guān)系，使得相移干涉儀(I)測得被測窗口(3)的子區(qū)域波前信息，此時保證被測件的子區(qū)域之間的重疊區(qū)域為子孔徑的30%及以上； 第三步通過計算機系統(tǒng)(6)將所獲得的被測窗口(3)的子區(qū)域透射波前信息保存下來； 第四步計算機系統(tǒng)(6)對所獲得的子區(qū)域透射波前信息進行拼接數(shù)據(jù)處理，拼接數(shù)據(jù)處理流程為讀入被測窗口(3)子區(qū)域數(shù)據(jù)，對重疊區(qū)域進行判斷；將所有重疊區(qū)數(shù)據(jù)的差值同時進行最小二乘擬合，計算出具有全局優(yōu)化的拼接參數(shù)相位常數(shù)和傾斜；根據(jù)拼接后的數(shù)據(jù)信息繪制出被測窗口(3)的全口徑透射波前信息的輪廓圖和三維圖；即獲得反應(yīng)被測窗口( 3 )的全口徑透射波前信息。
全文摘要
一種大口徑窗口檢測裝置及檢測方法，基于補償器和子孔徑拼接原理，包括相移干涉儀、補償器、被測窗口、標準球面鏡、調(diào)整機構(gòu)及計算機系統(tǒng)；計算機系統(tǒng)與相移干涉儀連接，補償器補償被測窗口放入相移干涉儀與標準球面鏡組成的自準直光路中所引入的象差；被測窗口通過調(diào)整機構(gòu)進行調(diào)節(jié)，使相移干涉儀獲得被測窗口上有相互重疊區(qū)域的子區(qū)域透射波前信息，最后由安裝在計算機系統(tǒng)上的數(shù)據(jù)處理軟件對所得到的子區(qū)域透射波前信息進行拼接處理，獲得被測窗口的全口徑透射波前信息；本發(fā)明為高精度大口徑窗口加工測量提供檢測裝置及檢測方法，具有較大的應(yīng)用價值。
文檔編號G01M11/02GK102889978SQ20121033968
公開日2013年1月23日 申請日期2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月14日
發(fā)明者閆鋒濤, 范斌, 伍凡, 侯溪, 萬勇建 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所