大陡度凸面光学自由曲面全频段像差检测系统及检测方法技术方案

大陡度凸面光学自由曲面全频段像差检测系统及检测方法，涉及光学自由曲面检测技术领域，本发明专利技术的目的是提供一种大陡度凸面光学自由曲面的全频段像差检测系统及检测方法，以解决大陡度凸面光学自由曲面的全频段像差检测中动态范围与检测精度不可兼得这一矛盾，进而解决大陡度凸光学自由曲面的检测问题，本发明专利技术中低频段像差检测系统、高频段像差检测系统、计算机处理系统和光路夹持与装调系统，光路夹持与装调系统用于对中低频段像差检测系统和高频段像差检测系统的装调；本发明专利技术最终通过计算机处理系统采用Zernike多项式拟合的方式进行大陡度凸面光学自由曲面全频段像差检测，从而弥补现在大陡度凸面光学自由曲面全频段像差检测方法的不足。差检测方法的不足。差检测方法的不足。

【技术实现步骤摘要】
大陡度凸面光学自由曲面全频段像差检测系统及检测方法


[0001]本专利技术涉及光学自由曲面检测
，具体涉及一种大陡度凸面光学自由曲面全频段像差检测系统及检测方法。

技术介绍

[0002]由于光学自由曲面具有强大矫正像差和优化系统结构的能力，已逐渐成为国防、航空航天、军事等领域高速发展不可缺少的关键光学元件，其应用广度、生产发展的速度，已成为衡量一个国家科技水平的重要标志之一。然而，对于光学自由曲面高精度、高性能的要求增加了其加工和检测的难度，特别是加工制造过程中检测的难度，远比球面镜的加工与检测复杂和困难：高精度自由曲面光学关键元件的成功制造，不单单依赖数控机床的精度、先进光学设计、加工工艺，更有赖于自由曲面光学检测技术的综合考虑以及庞大复杂的数据演算和大量试验数据验证，才得以提高光学自由曲面的加工及检测质量；此外，光学自由曲面是一类非轴对称、不规则、随意构造的曲面，其形状比较复杂，精度要求很高，其没有一个明确的基准面，因此能否实现自由曲面的基准面和测量面之间的最佳匹配问题是自由曲面检测的关键。
[0003]对光学自由曲面高精度、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.大陡度凸面光学自由曲面全频段像差检测系统，该检测系统包括中低频段像差检测系统(A1)、高频段像差检测系统(A2)、计算机处理系统(A3)和光路夹持与装调系统(A4)；所述光路夹持与装调系统(A4)用于对中低频段像差检测系统(A1)和高频段像差检测系统(A2)的装调；其特征是：首先对所述高频段像差检测系统(A2)装调，然后再根据装调好的被测凸面自由曲面(11)来装调中低频像差检测系统(A1)；在装调过程中，对发光屏(12)、第三相机(13)和待测凸面自由曲面(11)进行准直，使第三相机(13)光轴和待测凸面自由曲面(11)的光轴重合，且待测凸面自由曲面(11)光轴与发光屏(12)的屏幕平行，将第三相机(13)调焦在待测凸面自由曲面(11)的表面；所述中低频段像差检测系统(A1)包括中低频信息采集系统(A11)和光瞳图像监视系统(A12)；所述中低频信息采集系统(A11)包括激光器(1)、准直扩束系统(2)、分束器(3)、成像镜(9)和第二相机(10)；所述高频段像差检测系统(A2)包括待测凸面自由曲面(11)、发光屏(12)和第三相机(13)；所述激光器(1)出射的光束经准直扩束系统(2)被扩束为平行光束经分束器(3)反射和透射；所述透射光经所述光瞳图像监视系统(A12)，经由光瞳图像监视系统(A12)返回的波前再次进入中低频信息采集系统(A11)，经成像镜(9)成像于第二相机(10)处，获得待测凸面自由曲面(11)的中低频段面形信息；经所述中低频信息采集系统(A11)采集的光束经光瞳图像监视系统(A12)成像于第一相机(8)处，通过对光斑图像分析，调整光瞳图像监视系统(A12)中的激光振镜(6)，使反射光束平行；所述发光屏(12)出射的光线经待测凸面自由曲面(11)反射后由第三相机(13)接收，所述第三相机(13)将获得的图像采用计算机处理系统(A3)处理，获得待测凸面自由曲面(11)的高频段面形信息；所述计算机处理系统(A3)对标定的高频段像差检测系统(A2)获得的待测凸面自由曲面(11)高频段面形信息和检测中低频段像差检测系统(A1)获得的待测凸面自由曲面(11)中低频段面形信息进行全频段融合检测；即：通过Zernike多项式拟合方式进行分解，Zernike多项式按阶数从低到高进行排列，采用基于测量误差先验的统计数据融合方法再结合基于测量误差先验的统计数据融合方法，根据中低频段像差测量精度高的TTDPR法与高频段像差测量精度高的SCOTS法对不同阶像差的测量先验精度的方差来设定融合权值，最终获得待测凸面自由曲面(11)全频段面形信息。2.根据权利要求1所述的大陡度凸面光学自由曲面全频段像差检测系统，其特征在于：所述光瞳图像监视系统(A12)由分光棱镜(4)、可调节孔径光阑(5)、激光振镜(6)、准直缩束光学系统(7)和第一相机(8)构成；经所述中低频信息采集系统(A11)采集的光束经光瞳图像监视系统(A12)的分光棱镜(4)后进入激光振镜(6)，经所述激光振镜出射的光束经待测凸面自由曲面(11)表面反射后返回到激光振镜(6)上，再经过可调节孔径光阑(5)进入分光棱镜(4)分光，其中一路原路返回，另一路进入缩束系统(7)，成像于第一相机(8)处，通过对光斑图像分析，调整激光振镜(6)，使反射光束平行。
3.根据权利要求1所述的大陡度凸面光学自由曲面全频段像差检测系统，其特征在于：还包括对所述高频段像差检测系统(A2)的标定，具体标定过程为：步骤A、在发光屏(12)上生成一组水平和竖直方向的正弦相移条纹图；步骤B、将发光屏(12)、第三相机(13)和待测凸面自由曲面(11)构成的系统进行准直和标定，使第三相机(13)光轴和待测凸面自由曲面(11)的光轴重合，且待测凸面自由曲面(11)光轴与发光屏(12)的屏幕平行，获得所述发光屏(12)、第三相机(13)和待测凸面自由曲面(11)的空间位置坐标，将第三相机(13)调焦在待测凸面自由曲面(11)的表面；采用计算机辅助优化模块进行标定误差的有效校正；获得标定测量的发光屏(12)、针孔(14)和待测凸面自由曲面(11)之间的距离；步骤C、采用相机拍拍下经过待测凸面自由曲面(11)偏折后的发光屏(12)上显示的相移条纹图，移去待测凸面自由曲面(11)后再拍一组水平和竖直相移条纹图作为参考；发光屏(12)逐次显示一组相移条纹图，第三相机(13)同步进行拍摄；移去待测凸面自由曲面(11)后再拍一组水平和竖直相移条纹图；拍多组相移条纹图进行平均来消除环境的影响；步骤D、将拍到的相移条纹图采用计算机处理系统(A3)进行相位展开,计算斜率并恢复波前，根据恢复的待测镜面形信息分析波前像差。4.根据权利要求3所述的大陡度凸面光学自由曲面全频段像差检测系统，其特征在于：步骤A中，所述相移条纹图的获取方式为：选择正弦条纹图进行显示，根据发光屏(12)的屏幕尺寸和分辨率，选择正弦条纹一个周期的像素数，...

【专利技术属性】
技术研发人员：马鑫雪，王建立，王斌，刘欣悦，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：