本發(fā)明涉及光學(xué)檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種凸非球面鏡面形檢測系統(tǒng)及檢測方法。

背景技術(shù)：

點衍射干涉儀主要用于超高精度的光學(xué)波前檢測，在光學(xué)波前測試計量、高精度光學(xué)成像系統(tǒng)研制等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。點衍射干涉儀極高的光學(xué)波前測試精度，是光學(xué)加工與精度評估的重要手段，在國際上只有技術(shù)先進的公司與科研單位擁有。

如圖1所示，點衍射干涉儀凹球面鏡面形測試方法：由激光光源1發(fā)出的激光，經(jīng)針孔照明聚光鏡2匯聚后，聚焦照射在針孔板3的針孔上。經(jīng)針孔衍射的出射光波被分為兩部分；一部分進入干涉圖像成像鏡組4；另一部分照射到反射鏡7上。通過被測試鏡位置精密調(diào)整機構(gòu)8使得經(jīng)反射鏡7的照射光返回并聚焦到針孔板3的針孔附近，并經(jīng)針孔板反射進入干涉圖像成像鏡組4，與前一部分衍射光波干涉產(chǎn)生干涉圖，經(jīng)成像鏡組4成像到干涉圖像接收器5，由圖像采集與系統(tǒng)控制計算機6計算分析獲得被測試凹球面鏡面形誤差信息。

由于點衍射干涉儀的測試工作原理是基于微小點孔衍射獲得完美的凹球面波作為干涉測量基準(zhǔn)，因此可直接用于對凹球面波前的超高精度測試。而目前對凸非球面波前的超高精度測試無法直接獲得干涉測試基準(zhǔn)。因此，亟需一種點衍射干涉儀測試凸非球面鏡面形的方法和裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有點衍射干涉儀無法對凸非球面鏡面形進行檢測的技術(shù)缺陷，提供一種凸非球面鏡面形檢測的裝置，

包括點衍射干涉裝置、基準(zhǔn)凹球面鏡、基準(zhǔn)凹球面鏡調(diào)整機構(gòu)、被測凸非球面鏡調(diào)整機構(gòu)、控制裝置及圖像處理裝置；

所述點衍射干涉裝置，用于產(chǎn)生衍射光，所述衍射光包括第一衍射光 和第二衍射光，還用于將所述衍射光與第二反射光干涉，產(chǎn)生干涉圖像；

所述基準(zhǔn)凹球面鏡，用于將所述點衍射干涉裝置產(chǎn)生的衍射光反射至被測凸非球面鏡，形成第一反射光，并將被測凸非球面鏡的反射光反射至所述點衍射干涉裝置，形成第二反射光；

所述基準(zhǔn)凹球面鏡調(diào)整機構(gòu)，用于調(diào)整基準(zhǔn)凹球面鏡的位置；

所述被測凸非球面鏡調(diào)整機構(gòu)，用于調(diào)整所述被測凸非球面鏡沿光軸方向以固定步距移動，以改變所述第二反射光的波前相位；

所述圖像處理裝置，用于接收所述點衍射干涉裝置的干涉圖像，并根據(jù)所述干涉圖像及所述基準(zhǔn)凹面鏡的面形誤差數(shù)據(jù)進行計算，從而獲取所述被測凸非球面鏡的面形信息；

所述控制裝置，用于控制所述基準(zhǔn)凹球面鏡調(diào)整機構(gòu)調(diào)整所述基準(zhǔn)凹球面鏡位置，還用于控制被測凸非球面鏡調(diào)整機構(gòu)調(diào)整所述被測凸非球面鏡位置。

作為優(yōu)選，所述基準(zhǔn)凹面鏡為反射鏡。

作為優(yōu)選，所述點衍射干涉裝置包括光源、針孔照明聚光鏡、針孔板、干涉圖像成像組；沿所述光源的光線出射方向依次設(shè)置所述針孔照明聚光鏡、所述針孔板、所述干涉圖像成像組；所述光源出射的光經(jīng)所述針孔照明聚光鏡匯聚后，照射到所述針孔板上產(chǎn)生衍射光，所述第一衍射光照射到所述干涉圖像成像組；所述第二衍射光及所述第二反射光照射到所述基準(zhǔn)凹球面鏡上。

作為優(yōu)選，所述基準(zhǔn)凹球面鏡調(diào)整機構(gòu)包括角度調(diào)整機構(gòu)及位置調(diào)整機構(gòu)；所述位置調(diào)整機構(gòu)，用于調(diào)整所述基準(zhǔn)凹面鏡沿垂直于光軸的方向移動；所述角度調(diào)整機構(gòu)，用于調(diào)整所述基準(zhǔn)凹面鏡的偏移角度，從而調(diào)整所述第一反射光的反射角。

作為優(yōu)選，所述被測凸非球面鏡調(diào)整機構(gòu)包括被測凸非球面鏡支撐調(diào)試機構(gòu)及高精密直線微位移機構(gòu)；所述被測凸非球面鏡支撐調(diào)試機構(gòu)，用于支撐所述被測凸非球面鏡，還用于調(diào)整所述被測凸非球面鏡沿垂直于光軸的方向移動；所述高精密直線微位移機構(gòu)，用于調(diào)整所述被測凸非球面鏡沿光軸方向移動。

作為優(yōu)選，所述基準(zhǔn)凹面鏡的面形信息通過所述點衍射干涉裝置檢測 獲得所述面形誤差數(shù)據(jù)。

相應(yīng)地，本發(fā)明還包括一種凸非球面鏡面形的檢測方法，包括以下步驟：S1、點衍射干涉裝置產(chǎn)生衍射光，包括第一衍射光及第二衍射光，并將所述第二衍射光照射至基準(zhǔn)凹面鏡上；

S2、基準(zhǔn)凹面鏡調(diào)整機構(gòu)調(diào)整所述基準(zhǔn)凹面鏡位置，使所述基準(zhǔn)凹面鏡反射所述第二衍射光至所述被測凸非球面鏡上，形成第一反射光；

S3、所述第一反射光經(jīng)被測凸非球面鏡及所述基準(zhǔn)凹面鏡，反射至所述點衍射干涉裝置上，形成第二反射光；

S4、被測凸非球面鏡調(diào)整機構(gòu)調(diào)節(jié)所述被測凸非球面鏡沿其光軸以步距移動，所述第二反射光根據(jù)所述被測凸非球面鏡位置變化而變化；

S5、所述點衍射干涉裝置將所述第二反射光與所述第一衍射光進行干涉，形成干涉圖像；

S6、圖像處理裝置接收所述干涉圖，并根據(jù)所述干涉圖像及所述基準(zhǔn)凹面鏡的面形誤差數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理，從而獲取所述被測凸非球面鏡的面形誤差數(shù)據(jù)。

作為優(yōu)選，在執(zhí)行所述步驟S1之前，還包括采用點衍射干涉裝置對基準(zhǔn)凹面鏡進行面形檢測，獲取所述基準(zhǔn)凹面鏡的面形誤差數(shù)據(jù)。

作為優(yōu)選，所述點衍射干涉裝置包括光源、針孔照明聚光鏡、針孔板、干涉圖像成像鏡組，由所述光源和所述針孔照明聚光鏡發(fā)出的匯聚光聚焦照射在針孔板的針孔上，形成衍射光。

作為優(yōu)選，基準(zhǔn)凹面鏡調(diào)整機構(gòu)包括角度調(diào)整機構(gòu)和位置調(diào)整機構(gòu)，角度調(diào)整機構(gòu)和位置調(diào)整機構(gòu)調(diào)整所述基準(zhǔn)凹面鏡位置，使得經(jīng)所述基準(zhǔn)凹面鏡的反射的光對準(zhǔn)被測凸非球面鏡，形成第一反射光，并使所述第一反射光再次經(jīng)被測凸非球面鏡和基準(zhǔn)凹面鏡反射，形成所述第二反射光，返回聚焦到所述針孔板上，經(jīng)針孔板反射進入所述干涉圖像成像鏡組。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明通過設(shè)置點衍射干涉儀、基準(zhǔn)凹面鏡及調(diào)整機構(gòu)，達(dá)到了準(zhǔn)確測試凸非球面鏡面形的有益效果。

附圖說明

圖1為點衍射干涉儀凹球面鏡面面形測試結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明點衍射干涉儀凸非球面鏡檢測系統(tǒng)一具體實施例的結(jié)構(gòu) 圖；

圖3為本發(fā)明點衍射干涉儀凸非球面鏡面形檢測方法流程圖。

圖標(biāo)說明：

1、激光光源 2、針孔照明聚光鏡

3、針孔板 4、干涉圖像成像鏡組

5、干涉圖像接收器 6、控制裝置

7、被測凹面鏡 8、被測凹面鏡調(diào)整機構(gòu)

9、角度調(diào)整機構(gòu) 10、位置調(diào)整機構(gòu)

11、基準(zhǔn)凹面鏡 12、被測凸非球面鏡

13、被測凸非球面鏡支撐調(diào)試機構(gòu)

14、高精密直線微位移機構(gòu)

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及具體實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，而不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是如何實現(xiàn)一種結(jié)構(gòu)簡單、檢測精度高的凸非球面鏡面形的檢測裝置及方法。

本發(fā)明的凸非球面鏡面形的檢測裝置中，在點衍射干涉儀檢測凹球面鏡面形的基礎(chǔ)上進行改進，將凹球面鏡作為基準(zhǔn)鏡，通過調(diào)整機構(gòu)調(diào)整凹球面鏡、凸非球面鏡的位置，使得一部分衍射光波經(jīng)過凹球面鏡反射到凸非球面鏡，再經(jīng)凸非球面鏡及凹球面鏡的反射，最后進入點衍射干涉儀的干涉圖像成像鏡組，成像到干涉圖像接收器，從而實現(xiàn)凸非球面鏡面形的檢測。

請參閱圖1，為現(xiàn)有技術(shù)中點衍射干涉儀檢測凹球面鏡面形的結(jié)構(gòu)圖。具體包括：激光光源1、針孔照明聚光鏡2、針孔板3、干涉圖像成像鏡組4、干涉圖像接收器5、圖像采集與系統(tǒng)控制計算機6、被測凹面鏡7及被測凹面鏡調(diào)整機構(gòu)8。激光光源1在其光路上依次設(shè)置針孔照明聚光鏡2及針孔板3，沿針孔板的光路上對稱設(shè)置兩部分裝置，一部分為干涉圖像成像鏡組4、干涉圖像接收器5，另一部分為被測凹球面鏡7，被測凹球面鏡7的底部設(shè)置有被測凹球面鏡調(diào)整機構(gòu)，用于調(diào)整被測凹球面鏡7的位置。

具體地，由激光光源1發(fā)出的激光，經(jīng)針孔照明聚光鏡2匯聚后，聚焦照射在針孔板3的針孔上產(chǎn)生針孔衍射出射光波。針孔衍射出射光波被分為兩部分：一部分進入干涉圖像成像鏡組4，另一部分照射到被測凹球面鏡7上，通過被測試鏡位置精密調(diào)整機構(gòu)8使得經(jīng)反射鏡7的照射光返回并聚焦到針孔板3的針孔附近，并經(jīng)針孔板反射進入干涉圖像成像鏡組4，與前一部分衍射光波干涉產(chǎn)生干涉圖，經(jīng)成像鏡組4成像到干涉圖像接收器5，圖像采集與系統(tǒng)控制計算機6計算分析獲得被測試凹球面鏡面形誤差信息。

基于點衍射干涉裝置檢測鏡面面形，進一步改進，形成了本發(fā)明點衍射干涉儀凸非球面鏡檢測系統(tǒng)。包括點衍射干涉裝置、基準(zhǔn)凹球面鏡、基準(zhǔn)凹球面鏡調(diào)整機構(gòu)、被測凸非球面鏡調(diào)整機構(gòu)、控制裝置及圖像處理裝置。

點衍射干涉裝置，用于產(chǎn)生衍射光，所述衍射光包括第一衍射光和第二衍射光，還用于將所述衍射光與第二反射光干涉，產(chǎn)生干涉圖像。

基準(zhǔn)凹球面鏡，用于將所述點衍射干涉裝置產(chǎn)生的衍射光反射至被測凸非球面鏡，形成第一反射光，并將被測凸非球面鏡的反射光反射至所述點衍射干涉裝置，形成第二反射光。

基準(zhǔn)凹球面鏡調(diào)整機構(gòu)，用于調(diào)整基準(zhǔn)凹球面鏡的位置。

被測凸非球面鏡調(diào)整機構(gòu)，用于調(diào)整所述被測凸非球面鏡沿光軸方向以固定步距移動，以改變所述第二反射光的波前相位。優(yōu)選的，該固定步距根據(jù)被測凸非球面鏡的非球面度、非球面梯度及移相干涉算法來選取。

圖像處理裝置，用于接收所述點衍射干涉裝置的干涉圖像，并根據(jù)所述干涉圖像及所述基準(zhǔn)凹面鏡的面形誤差數(shù)據(jù)進行計算，從而獲取所述被測凸非球面鏡的面形信息。

控制裝置，用于控制所述基準(zhǔn)凹球面鏡調(diào)整機構(gòu)調(diào)整所述基準(zhǔn)凹球面鏡位置，還用于控制被測凸非球面鏡調(diào)整機構(gòu)調(diào)整所述被測凸非球面鏡位置。

具體地，點衍射干涉裝置產(chǎn)生衍射光，衍射光一部分直接進入點衍射干涉儀的干涉鏡組中(稱為第一衍射光)，第二部分照射到基準(zhǔn)凹面鏡上，基準(zhǔn)凹面鏡將衍射光反射到被測凸非球面鏡上，衍射光在被測凸非球面鏡 鏡面上發(fā)生反射，并將其原路反射回至基準(zhǔn)凹面鏡上，基準(zhǔn)凹面鏡接收到被測凸非球面鏡反射過來的衍射光，并將其反射至點衍射干涉裝置上，反射回來的光及第一衍射光在點衍射干涉裝置上發(fā)生干涉，并形成干涉圖，圖像處理裝置接收干涉圖，并根據(jù)所述干涉圖及所述基準(zhǔn)凹球面鏡面形誤差進行數(shù)據(jù)處理，從而獲取被測凸非球面鏡的面形誤差測試數(shù)據(jù)。基準(zhǔn)凹面鏡的面形誤差已知，或者根據(jù)圖1所述的方式通過點衍射干涉儀進行檢測獲取得到的。

請參閱圖2，為本發(fā)明凸非球面鏡檢測系統(tǒng)一具體實施例。包括激光光源1、針孔照明聚光鏡2、針孔板3、干涉圖像成像鏡組4、干涉圖像接收器5、圖像采集與系統(tǒng)控制計算機6、基準(zhǔn)凹面鏡角度調(diào)整機構(gòu)9、位置調(diào)整機構(gòu)10、基準(zhǔn)凹面鏡11、被測凸非球面鏡12、被測凸非球面鏡支撐調(diào)試機構(gòu)13、高精密直線微位移機構(gòu)14?；鶞?zhǔn)凹面鏡11為反射鏡。

激光光源1、針孔照明聚光鏡2、針孔板3、干涉圖像成像鏡組4構(gòu)成點衍射干涉裝置。干涉圖像接收器5、圖像采集與系統(tǒng)控制計算機6構(gòu)成圖像處理裝置及控制裝置。位置調(diào)整機構(gòu)10與基準(zhǔn)凹面鏡角度調(diào)整機構(gòu)9構(gòu)成基準(zhǔn)凹面鏡調(diào)整機構(gòu)，基準(zhǔn)凹面鏡底部設(shè)置有位置調(diào)整機構(gòu)10，位置調(diào)整機構(gòu)10的底部設(shè)置有基準(zhǔn)凹面鏡角度調(diào)整機構(gòu)9。優(yōu)選的，角度調(diào)整機構(gòu)9為三角體結(jié)構(gòu)，用于調(diào)整基準(zhǔn)凹面鏡11的角度，以使得經(jīng)基準(zhǔn)凹面鏡的反射的光對準(zhǔn)被測凸非球面鏡，形成第一反射光，并使所述第一反射光再次經(jīng)被測凸非球面鏡和基準(zhǔn)凹面鏡反射，形成所述第二反射光，返回聚焦到所述針孔板上，經(jīng)針孔板反射進入所述干涉圖像成像鏡組。

被測凸非球面鏡支撐調(diào)試機構(gòu)13、高精密直線微位移機構(gòu)14構(gòu)成被測凸非球面鏡調(diào)整機構(gòu)。被測凸非球面鏡支撐調(diào)試機構(gòu)13用于調(diào)節(jié)凸非球面鏡垂直于照光軸方向移動。高精密直線微位移機構(gòu)14用于調(diào)節(jié)凸非球面鏡沿光軸方向移動。

具體地，點衍射干涉儀凸非球面鏡面形測試方法：由激光光源1和針孔照明聚光鏡2發(fā)出的匯聚光聚焦照射在針孔板3的針孔上。經(jīng)針孔衍射的出射光波被分為兩部分，稱為第一衍射光和第二衍射光；第一衍射光進入干涉圖像成像鏡組4；第二衍射光照射到凸非球面鏡檢測用的基準(zhǔn)凹面鏡11。通過角度調(diào)整機構(gòu)9和位置調(diào)整機構(gòu)10使得經(jīng)基準(zhǔn)凹面鏡11的照射 光對準(zhǔn)被測凸非球面鏡12，形成第一反射光，并再次經(jīng)被測凸非球面鏡12和基準(zhǔn)凹面鏡11兩個反射鏡反射，形成第二反射光，返回聚焦到針孔板3的針孔附近，第二反射光經(jīng)針孔板3反射進入干涉圖像成像鏡組4。該進入干涉圖像成像鏡組4的光與第一衍射光波干涉產(chǎn)生干涉圖，并成像到干涉圖像接收器5。

優(yōu)選的，針孔衍射出的第一衍射光及第二衍射光分別為針孔衍射光的一半。具體地，針孔衍射光的出射角度較大，干涉成像鏡組4放置在一半衍射光的角度覆蓋范圍內(nèi)，被測凹球面鏡放置在另一半衍射光的角度覆蓋范圍內(nèi)。兩部分基本各占衍射光一半的角度范圍。兩部分衍射光角度范圍差別較大會影響干涉圖的成像對比度。

由于被測試鏡為凸非球面鏡，干涉圖在一環(huán)形區(qū)域內(nèi)可接近為零條紋，因此條紋過密將導(dǎo)致無法測試或測試精度下降。因此，控制機構(gòu)6控制高精密直線微位移機構(gòu)14調(diào)整凸非球面鏡，使得凸非球面鏡沿其光軸方向以固定步距移動，第二反射光根據(jù)所述被測凸非球面鏡位置變化而變化，從而使得干涉圖像中環(huán)形區(qū)域逐環(huán)變化，圖像采集與系統(tǒng)控制計算機6獲取逐環(huán)干涉圖像，進行逐環(huán)條帶檢測，從而獲得全口徑測試信息。圖像采集與系統(tǒng)控制計算機6計算分析測試數(shù)據(jù)，并結(jié)合基準(zhǔn)凹面鏡11的面形信息對檢測數(shù)據(jù)進行面形修正，即可獲得凸非球面鏡面形誤差測試結(jié)果?；鶞?zhǔn)凹面鏡11的面形信息可以是經(jīng)用圖1方法獲得面形誤差信息。

基于此，請參閱圖3，為本發(fā)明點衍射干涉儀凸非球面鏡面形檢測方法流程圖。通過以下方式實現(xiàn)對凸非球面鏡面形的檢測：

執(zhí)行步驟S1，點衍射干涉裝置產(chǎn)生衍射光，包括第一衍射光及第二衍射光，并將第一衍射光照射至所述基準(zhǔn)凹面鏡上。

優(yōu)選的，點衍射干涉裝置包括激光光源、針孔照明聚光鏡、針孔板、干涉圖像成像鏡組。由激光光源和針孔照明聚光鏡發(fā)出的匯聚光聚焦照射在針孔板的針孔上。經(jīng)針孔衍射的出射光波被分為兩部分；一部分進入干涉圖像成像鏡組(稱為第一衍射光)；另一部分照射到凸非球面鏡檢測用的基準(zhǔn)凹面鏡(稱為第二衍射光)。

執(zhí)行步驟S2，所述基準(zhǔn)凹面鏡調(diào)整機構(gòu)調(diào)整所述基準(zhǔn)凹面鏡位置，使基準(zhǔn)凹面鏡反射所述第一衍射光至所述被測凸非球面鏡上，形成第一反射 光。優(yōu)選的，基準(zhǔn)凹面鏡為反射鏡。

執(zhí)行步驟S3，所述第一反射光經(jīng)所述被測凸非球面鏡及所述基準(zhǔn)凹面鏡，反射至所述點衍射干涉裝置上，形成第二反射光。

優(yōu)選的，通過角度調(diào)整機構(gòu)和位置調(diào)整機構(gòu)使得經(jīng)基準(zhǔn)凹面鏡的照射光對準(zhǔn)被測凸非球面鏡，并再次經(jīng)被測凸非球面鏡和基準(zhǔn)凹面鏡兩個反射鏡返回聚焦到針孔板的針孔附近，經(jīng)針孔板反射進入干涉圖像成像鏡組。該進入干涉圖像成像鏡組的光與前一部分衍射光波干涉產(chǎn)生干涉圖，并經(jīng)干涉圖像成像鏡組成像到干涉圖像接收器。

執(zhí)行步驟S4，所述被測凸非球面鏡調(diào)整機構(gòu)調(diào)節(jié)所述被測凸非球面鏡沿其光軸以步距移動，所述第二反射光的波前相位根據(jù)所述被測凸非球面鏡位置變化而變化。由于被測試鏡為凸非球面鏡，干涉圖在一環(huán)形區(qū)域內(nèi)可接近為零條紋(條紋過密將導(dǎo)致無法測試或測試精度下降)；經(jīng)高精密直線微位移機構(gòu)14使得凸非球面鏡沿其光軸方向移動，從而使得反射回點衍射干涉裝置上的反射光(第二反射光)發(fā)生變化，經(jīng)逐環(huán)形條帶測試可獲得全口徑測試信息。

執(zhí)行步驟S5，所述點衍射干涉裝置將所述第二反射光與所述第二衍射光進行干涉，形成干涉圖。所述干涉圖隨所述第二反射光的變化而變化，并且每一個干涉圖的環(huán)形區(qū)域代表所述凸非球面鏡在面形上的一個位置。通過調(diào)整凸非球面鏡沿光軸的位置，從而獲取每一個凸非球面鏡每一個位置對應(yīng)的干涉圖。

執(zhí)行步驟S6，所述圖像處理裝置接收所述干涉圖，并根據(jù)所述干涉圖及所述基準(zhǔn)凹面鏡的面形誤差進行數(shù)據(jù)處理，從而獲取所述被測凸非球面鏡的面形誤差數(shù)據(jù)。

優(yōu)選的，在執(zhí)行步驟S1之前，還包括采用點衍射干涉裝置對基準(zhǔn)凹面鏡進行面經(jīng)檢測。

本發(fā)明通過設(shè)置基準(zhǔn)凹面鏡及調(diào)整機構(gòu)，實現(xiàn)了對凸非球面鏡檢測的有益效果。

以上所述本發(fā)明的具體實施方式，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護范圍的限定。任何根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思所作出的各種其他相應(yīng)的改變與變形，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。