一种大口径凹镜面面形的测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种大口径凹镜面面形的测量装置。两个显示屏、合光器件、分束器、待测大口径凹镜面与彩色相机形成共光路结构，显示屏和彩色相机均置于待测镜面的焦平面处，彩色相机聚焦于待测镜面；图像输出器将沿两个正交方向分别编码的红色和蓝色双频条纹图像分别传输至两个对应的显示屏上同步显示，显示信号经合光器件输出彩色双频条纹图，由分束器反射至待测镜面表面；待测镜面反射的目标变形条纹图通过分束器后由彩色相机接收，传输至目标图像处理器，经数据处理，得到待测镜面的三维面形分布。本实用新型专利技术提供的测量装置，系统结构简单紧凑，无中心遮拦，对表面变化复杂的大口径凹镜面物体的三维面形能实现快速、准确的测量。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种大口径凹镜面面形的测量装置，特别涉及一种基于彩色双频 条纹反射的测量装置，属光学检测

技术介绍
作为天文望远镜中的核心部件，大口径光学镜面的面形精度直接影响望远镜的工 作性能，因而对其检测精度的高低往往决定了加工成型效果的优劣。在传统天文望远镜中， 光学镜面多为平面、球面或二次曲面。随着光学元件特别是大口径光学镜面加工技术的迅 猛发展，多种形状复杂的非球面/自由曲面部件在天文望远镜中得到了应用。这些元件在 减少系统光学组件数量的同时能够显著提升望远镜的性能，实现光学系统的轻量化、紧凑 化以及高透过率。然而，此类镜面面形的复杂程度(如非旋转对称性、较大的非球面度等)却 使传统面形检测方法面临困难，并逐步成为天文望远镜技术发展的瓶颈之一。 目前，对于天文望远镜面形，传统而直接的检测手段为接触/非接触式的三坐标 机和轮廓仪。然而其点或线扫的工作方式，使得整个检测过程较长，尤其是对于较大口径的 自由曲面光学(类）镜面元件，检测效能不高，且精度有限。虽然基于补偿器(如计算制全息 图元件一一CGH)的非球面干涉术可达到纳米量级的检测精度，但针对不同面形的光学镜面 需要设计和制备相应的波面补偿元件，存在检测通用性弱、成本高的问题。 条纹反射术作为一种全场、高灵敏度、非接触、非相干的光学测量方法，在检测 (类)镜面面形时具有较高的灵活性。其系统构成较为简单，一般由显示屏、面阵相机和计算 机组成。然而，由于大口径(类）镜面元件尺寸的问题，传统的条纹反射测量系统结构并不 完全适用。成三角结构设置的显示屏和面阵相机因其位于被测件镜面法线两侧，存在斜向 投影和摄像的问题。此外，传统的条纹反射术需要分别投影显示水平和垂直两个方向的条 纹，并且为了获取条纹的绝对相位信息，每个方向通常需要多幅相移的条纹图像，导致测量 效率不高。虽然，基于单帧彩色复合光栅条纹反射的镜面三维面形测量方法仅需一幅条纹 图像，提高了检测效率，但傅里叶变换的使用却妨碍了绝对相位的获取。更为突出的是，其 相应的测量系统结构并不适用于大口径(类）镜面元件的检测。
技术实现思路
本技术针对现有大口径镜面元件检测技术所存在的不足，提供一种对表面变 化复杂的大口径凹镜面物体的三维面形能实现快速、准确检测的测量装置。 为实现上述专利技术目的，本技术的技术方案是提供一种大口径凹镜面面形的测 量装置，它包括两个显示屏、合光器件、分束器、彩色相机、图像输出器和目标图像处理器； 所述的两个显示屏分别位于合光器件的两个端面；两个显示屏、合光器件、分束器、待测大 口径凹镜面与彩色相机形成共光路结构，显示屏和彩色相机均位于待测镜面的焦平面位 置，彩色相机聚焦于待测镜面；所述的图像输出器将沿两个正交方向分别编码的红色和蓝 色双频条纹图像分别传输至两个对应的显示屏上同步显示，显示屏上的显示信号经合光器 件输出彩色双频条纹图，由分束器反射至待测镜面表面；待测镜面反射的目标变形条纹图 通过分束器后由彩色相机接收，传输至目标图像处理器。 上述技术方案中，所述的合光器件为分别透过/反射红色和蓝色光信号的合光棱 镜。所述的分束器为工作在红色和蓝色波段的半透半反镜。所述的彩色相机为彩色三芯片 面阵CCD(电荷耦合元件)或CMOS(互补金属氧化物半导体)相机。所述的显示屏为LCD液 晶显示屏或空间光调制器（SLM、LC0S)。 采用本技术提供的大口径凹镜面面形的测量装置，测量方法包括如下步骤： 1、将两个显示屏、合光器件、分束器、待测大口径凹镜面与彩色相机按共光路结构 放置，两个显示屏和彩色相机均位于待测镜面的焦平面处，彩色相机聚焦于待测镜面； 2、图像输出器按条纹图像编码方法沿两个正交方向分别编码生成红色和蓝色双 频条纹图像，分别传输至两个显示屏同步显示；显示屏上的显示信号经合光器件输出彩色 双频条纹图，由分束器反射至待测镜面表面；待测镜面反射的目标变形条纹图经分束器后 由彩色相机接收，传输至目标图像处理器； 3、目标图像处理器对获得的目标变形条纹图像进行解调，得到与待测镜面面形对 应的绝对相位分布； 4、依据步骤3得到的绝对相位分布，结合相位一致性约束和标定的系统结构参 数，得到两个正交方向上待测镜面面形的梯度分布；再经积分重构得到待测镜面的三维面 形分布。 测量时，条纹图像编码方法可采用时域双频唯一性编码方法。具体为采 用时域相移双频正弦条纹的唯一性编码方法，在两个显示屏上分别同步显示水平 和垂直两个方向上的红色和蓝色相移双频正弦条纹图像，通过合光器件合成相移 彩色双频正弦条纹图像。条纹图像编码方法的另一个优选方案是采用时域相移双 频正弦条纹的唯一性编码方法，具体为单幅红色或蓝色条纹图中包含同方向的高 低两种不同频率的条纹，低频条纹的空间频率为单位基频，高频条纹的空间频率为 低频条纹的整数倍；时域相移条纹图像为等步长移相，高频条纹的每步相移量为 沒，=2不/#:，低频条纹的每步相移量为,=4#，总相移步数;所述的目标变形 条纹图像的解调处理方法为采用最小二乘N步相移解调算法，计算得到双频截断相位；经 双频相位展开，得到变形的高频条纹图像中与待测镜面面形对应的绝对相位分布。 与现有技术相比，本技术的有益效果是： 1、本技术提供的大口径凹镜面面形的测量装置，其测量方法在继承了传统条 纹反射术固有优点的基础上，大幅减少了检测表面变化复杂的(类）镜面物体所需的投影显 示条纹图像帧数，有效地提高了测量效率，克服了现有的基于单帧彩色复合光栅条纹反射 的镜面三维面形测量方法只适用于面形变化相对简单的(类）镜面物体的问题。 2、测量装置实现了不同颜色的水平和垂直条纹的复合编码与分离获取，从硬件上 有效地避免了现有的单显示屏和相机结构存在的颜色串扰（Colourcross-talk)问题，提 高了面形检测的精度。 3、测量装置的系统结构简单紧凑、无中心遮拦，测量速度快、精度高、动态范围大， 特别适用于针对表面变化复杂的大口径凹(类）镜面物体的三维面形测量。【附图说明】图1为本技术实施例提供的一种基于彩色双频条纹反射的大口径凹(类)镜面 面形的测量装置的结构示意图；图2为本技术实施例提供的一种基于彩色双频条纹反射的大口径凹(类)镜面 面形的测量装置中合光器件(合光棱镜）的光谱透过/反射率曲线示意图。 其中：1、显示屏；2、合光器件(合光棱镜);3、分束器；4、待测大口径(类)镜面物体； 5、彩色三芯片相机；6、数据传输控制连接线；7、计算机。【具体实施方式】 下面结合附图及实施例对本技术所述的测量装置作进一步详细说明。 实施例1 参见附图1当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大口径凹镜面面形的测量装置，其特征在于：它包括两个显示屏、合光器件、分束器、彩色相机、图像输出器和目标图像处理器；所述的两个显示屏分别位于合光器件的两个端面；两个显示屏、合光器件、分束器、待测大口径凹镜面与彩色相机形成共光路结构，显示屏和彩色相机均位于待测镜面的焦平面位置，彩色相机聚焦于待测镜面；所述的图像输出器将沿两个正交方向分别编码的红色和蓝色双频条纹图像分别传输至两个对应的显示屏上同步显示，显示屏上的显示信号经合光器件输出彩色双频条纹图，由分束器反射至待测镜面表面；待测镜面反射的目标变形条纹图通过分束器后由彩色相机接收，传输至目标图像处理器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马锁冬，李博，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32