本发明专利技术涉及一种长程光学表面面形检测装置及检测方法，面形检测装置包括检测光路和用于形成测量光斑的f‑θ角度检测系统，检测光路中，直接入射到待测光学器件表面的入射光路上设有双劈尖机构，双劈尖机构包括沿所述入射光路间隔设置的两个单体楔形劈尖，入射光路穿过两个单体楔形劈尖，两个单体楔形劈尖可独立转动以通过转动改变其出射光路的角度并使出射光路以法线入射的形式入射到待测光学器件表面。本发明专利技术通过转动劈尖使反射光路沿入射光路原路返回并可结合测量光斑进行判断，待测光学器件的表面面形通过劈尖转动量来获取，光路在各光学元件上的作用位置一致，使传统系统中因横移量引入的各光学元件的角度误差均可完全避免，提高检测精度。
Long distance optical surface shape measuring device and method
【技术实现步骤摘要】
长程光学表面面形检测装置及检测方法
本专利技术属于长程镜面的面形检测
，具体涉及一种长程光学表面面形检测装置及检测方法。
技术介绍
随着科学技术的不断发展，各应用领域对镜面面形检测提出了更高的要求。为了提升长程面形仪的检测能力，需要对其各种系统误差进行修正或消除。在这些系统误差中，最主要的一类是由于长程面形仪本身光路系统中所用到的光学元件与理想光学元件之间的微小差异而引入的，主要表现在两方面：一方面是光路系统中的各反射光学元件面形与理想反射光学元件面形的微小加工差异以及透射光学元件的材质折射率不均匀都会引入系统误差，当测量光束入射到非理想光学元件上时，非理想光学元件会导致出射光束的方向与理想出射方向产生微小的偏离，从而引入角度测量误差；另一方面是被待测光学器件反射回的光束随着测量角度的变化会在系统中各光学元件上产生横移，距待测面越远，横移量越大，引入测量系统中同一光学元件上不同点处的误差越多，就可能引入更多的系统误差。横移量、加工缺陷还包括像差都在引入角度测量误差。比如CN105737758A中附图1所示的pp-LTP的光学结构，其检测光路上引入了相板2'、分束镜3'、平面反射镜4'、五棱镜5'、以及f-θ角度检测系统的傅里叶变换透镜7'，这些光学元件都会引入上述的系统误差，所以CN105737758A中通过采用单孔屏的新结构，使引入误差的光学元件仅有平面反射镜、傅里叶变换透镜，减少了引入系统误差的光学元件数目，减少了横移量，提高检测精度。也有CN105737759A所公开的检测光路结构，将f-θ角度检测系统设置在了移动光学头上，结构更紧凑，减小横移量，使引入误差的光学元件仅有傅里叶变换透镜。也有CN105758333A所公开的检测光路结构，也是将f-θ角度检测系统设置在了移动光学头上，其引入误差的光学元件仅有分束镜。也有CN105674913A所公开的检测光路结构，其引入误差的光学元件仅有分束镜、傅里叶变换透镜。如上可见，现有的长程面形测量技术方案中，都是通过结构的变化达到减少光学元件以及减少引入误差的光学元件的目的，还未能完全地或者说更好地消除系统误差，并且通过f-θ角度检测系统的面阵探测器(CCD)上的测量光斑的落点之间的差值来反馈被测光学器件的表面面形的形式，也都还不可避免地存在面阵探测器像素点的加工不均匀性、光电响应效率不一致、电子线路一致性等带入系统误差的问题，而理论上来说，傅里叶变换透镜与面阵探测器之间的距离越大分辨能力越高，以目前的检测形式，距离越大又会使引入面阵探测器(CCD)上不同点处的误差越多，存在矛盾。而劈尖干涉所使用到的楔形劈尖在目前的光学产品或试验中常有引用，通过转动可变化光路路径，如CN108317959A、CN109579708A、CN208042993U都有所涉及，申请人考虑将其巧妙应用于长程面形镜面的面形检测中，使长程面形测量设备的精度可以进一步得到提高。
技术实现思路
针对现有技术的上述不足，本专利技术要解决的技术问题是提供一种长程光学表面面形检测装置及检测方法，避免检测光路中的光学元件因面形误差、折射率误差以及横移量带来系统误差的问题，取得减少系统误差引入并提高检测精度的效果。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：长程光学表面面形检测装置，包括检测光路和用于形成测量光斑的f-θ角度检测系统，所述检测光路中，直接入射到待测光学器件表面的入射光路上设有双劈尖机构，所述双劈尖机构包括沿所述入射光路间隔设置的两个单体楔形劈尖，所述入射光路穿过两个单体楔形劈尖，所述两个单体楔形劈尖可独立转动以通过转动改变其出射光路的角度并使出射光路以法线入射的形式入射到待测光学器件表面；待测光学器件的表面面形通过两个单体楔形劈尖的转动量获取。进一步完善上述技术方案，所述检测光路包括光源、分束镜以及形成等效五棱镜的两平面反射镜，所述f-θ角度检测系统包括一傅里叶变换透镜和一面阵探测器，所述光源、分束镜、傅里叶变换透镜以及面阵探测器固定设置，所述两平面反射镜和双劈尖机构设于移动光学头上，光源提供的出射光束经分束镜反射至两平面反射镜，经两平面反射镜反射后穿过双劈尖机构入射到待测光学器件的表面上，再经待测光学器件的表面反射并沿入射光路返回至分束镜，反射回来的光束透过分束镜并通过傅里叶变换透镜传输至所述面阵探测器，在面阵探测器上形成所述测量光斑。进一步地，所述移动光学头包括壳体，所述两平面反射镜和双劈尖机构均设于所述壳体内。进一步地，所述移动光学头安装在线性平移台上，所述线性平移台可滑动设于光学平台的上方以便带动移动光学头滑动并检测置于光学平台上的待测光学器件，所述光源、分束镜、傅里叶变换透镜以及面阵探测器固设于光学平台的侧壁。进一步地，所述光源为平行光源以提供平行光的出射光束。进一步地，所述光源为非相干光源。进一步地，两个单体楔形劈尖相邻，两个单体楔形劈尖相对的一面为相互平行的水平玻璃面，相背的一面为形成楔形的斜玻璃面以使两个单体楔形劈尖相邻设置的间距可以更小。本专利技术还涉及一种长程光学表面面形检测方法，本方法基于上述的长程光学表面面形检测装置而进行，包括如下步骤：1)将待测光学器件置于光学平台上；2)线性平移台带动移动光学头滑动到第一检测点，光源提供的出射光束经待测光学器件的表面反射，在面阵探测器上形成测量光斑；3)转动两个单体楔形劈尖使其出射光路以法线入射的形式入射到待测光学器件的表面，并通过所述测量光斑是否形成于面阵探测器上的统一设定范围内来判定；如果测量光斑形成于所述统一设定范围内，则输出两个单体楔形劈尖的转动数据；如果测量光斑未形成于所述统一设定范围内，则继续转动调节直至测量光斑形成于所述统一设定范围内，然后输出两个单体楔形劈尖的转动数据；4)线性平移台带动移动光学头滑动到下一个检测点，光源提供的出射光束经待测光学器件的表面反射，在面阵探测器上形成测量光斑；5)重复步骤3)和4)，直至完成设定的所有检测点对应的两个单体楔形劈尖的转动数据的输出；6)通过所得到的各转动数据可得出待测光学器件的表面面形。进一步地，在步骤1)之前，还包括对装置的标定操作，所述标定操作包括通过以入射光路原路返回的反射光路在面阵探测器上形成的测量光斑来确定所述统一设定范围。进一步地，所述标定操作包括如下步骤：a)在分束镜上紧贴设置一单孔屏；b)在光学平台上放置一定标件；c)光源提供的出射光束穿过单孔屏的屏孔后经分束镜反射至两平面反射镜，经两平面反射镜反射后穿过双劈尖机构入射到定标件的表面上，经定标件的表面反射形成反射光路；调整定标件的姿态，使反射光路沿入射光路原路返回，穿过单孔屏的屏孔后透过分束镜并通过傅里叶变换透镜传输至面阵探测器，在面阵探测器上形成测量光斑。相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术的面形检测装置，通过在检测光路中加入双劈尖机构，通过转动双劈尖机构的两个本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.长程光学表面面形检测装置，包括检测光路和用于形成测量光斑的f-θ角度检测系统，其特征在于：所述检测光路中，直接入射到待测光学器件表面的入射光路上设有双劈尖机构，所述双劈尖机构包括沿所述入射光路间隔设置的两个单体楔形劈尖，所述入射光路穿过两个单体楔形劈尖，所述两个单体楔形劈尖可独立转动以通过转动改变其出射光路的角度并使出射光路以法线入射的形式入射到待测光学器件表面。/n
【技术特征摘要】
1.长程光学表面面形检测装置，包括检测光路和用于形成测量光斑的f-θ角度检测系统，其特征在于：所述检测光路中，直接入射到待测光学器件表面的入射光路上设有双劈尖机构，所述双劈尖机构包括沿所述入射光路间隔设置的两个单体楔形劈尖，所述入射光路穿过两个单体楔形劈尖，所述两个单体楔形劈尖可独立转动以通过转动改变其出射光路的角度并使出射光路以法线入射的形式入射到待测光学器件表面。
2.根据权利要求1所述长程光学表面面形检测装置，其特征在于：所述检测光路包括光源、分束镜以及形成等效五棱镜的两平面反射镜，所述f-θ角度检测系统包括一傅里叶变换透镜和一面阵探测器，所述光源、分束镜、傅里叶变换透镜以及面阵探测器固定设置，所述两平面反射镜和双劈尖机构设于移动光学头上，光源提供的出射光束经分束镜反射至两平面反射镜，经两平面反射镜反射后穿过双劈尖机构入射到待测光学器件的表面上，再经待测光学器件的表面反射并沿入射光路返回至分束镜，反射回来的光束透过分束镜并通过傅里叶变换透镜传输至所述面阵探测器，在面阵探测器上形成所述测量光斑。
3.根据权利要求2所述长程光学表面面形检测装置，其特征在于：所述移动光学头包括壳体，所述两平面反射镜和双劈尖机构均设于所述壳体内。
4.根据权利要求3所述长程光学表面面形检测装置，其特征在于：所述移动光学头安装在线性平移台上，所述线性平移台可滑动设于光学平台的上方以便带动移动光学头滑动并检测置于光学平台上的待测光学器件，所述光源、分束镜、傅里叶变换透镜以及面阵探测器固设于光学平台的侧壁。
5.根据权利要求2所述长程光学表面面形检测装置，其特征在于：所述光源为平行光源以提供平行光的出射光束。
6.根据权利要求5所述长程光学表面面形检测装置，其特征在于：所述光源为非相干光源。
7.根据权利要求1-6任一项所述长程光学表面面形检测装置，其特征在于：两个单体楔形劈尖相邻，两个单体楔形劈尖相对的一面为相互平行的水平玻璃面，相...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭川黔，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50
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