基于子孔徑拼接法與計(jì)算全息法的非球面干涉檢測(cè)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及利用子孔徑拼接法與計(jì)算全息法獲取非球面光學(xué)元件表面粗糙度的裝置，屬于光學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]球面光學(xué)元件是指在面形上從中心位置到邊緣，曲率能夠保持恒定的光學(xué)元件，而非球面光學(xué)元件是指面形由多項(xiàng)高階次方程所決定的、面形從中心位置到其邊緣，各點(diǎn)曲率均不完全相同，曲率隨著中心軸而逐漸變化的光學(xué)元件，它與球面、平面光學(xué)元件共同構(gòu)成了光學(xué)元件完整的集合。由于球面光學(xué)元件相對(duì)于非球面光學(xué)元件來(lái)說(shuō)，具有相對(duì)簡(jiǎn)單的形狀，因此球面光學(xué)元件具有加工相對(duì)簡(jiǎn)單且成品率高并易于檢測(cè)的特點(diǎn)，但其在光學(xué)性能上存在著明顯缺陷，如在成像體系中焦點(diǎn)不一致、成像時(shí)具有像差較大等問題，因此降低了成像質(zhì)量，盡管可以采用透鏡組合系統(tǒng)來(lái)彌補(bǔ)上述缺陷，但是增加透鏡數(shù)量就意味著增加了裝置的體積和重量，從而使檢測(cè)系統(tǒng)變得龐大復(fù)雜，增加了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度與復(fù)雜程度，而且也難以滿足高像質(zhì)光學(xué)系統(tǒng)的成像需要。而采用非球面光學(xué)元件的光學(xué)系統(tǒng)，就可以富有成效的消除球差、慧差、像散等問題，還能夠大幅度減少系統(tǒng)中光學(xué)元件個(gè)數(shù)，降低系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成本，減輕體積與重量，并且能夠獲得高質(zhì)量的成像效果，因此非球面光學(xué)元件廣泛被應(yīng)用于現(xiàn)代光電子與圖像處理產(chǎn)品中，如數(shù)碼攝像機(jī)、CCD鏡頭、投影電視機(jī)等。
[0003]雖然非球面光學(xué)元件具有成像質(zhì)量較高等優(yōu)勢(shì)，并且已經(jīng)設(shè)計(jì)出基于非球面光學(xué)元件的光學(xué)系統(tǒng)，但是它沒有像球面光學(xué)元件那樣得到廣泛的應(yīng)用，其根本原因就是非球面光學(xué)元件的檢測(cè)難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他的光學(xué)元件。由于非球面光學(xué)元件具有形狀會(huì)隨中心軸而變化的特點(diǎn)，因此導(dǎo)致其各位置表面的非球面度均不相同，因此對(duì)其表面的檢測(cè)是一項(xiàng)復(fù)雜而又艱巨的任務(wù)。通常，在非球面光學(xué)元件的不同加工階段會(huì)采取相應(yīng)的不同檢測(cè)方法。例如在傳統(tǒng)的非球面光學(xué)元件加工中，最初的研磨階段會(huì)采用接觸探針法，由于在檢測(cè)時(shí)能夠接觸光學(xué)元件的表面，因此在檢測(cè)時(shí)可能會(huì)損傷被測(cè)元件表面，而且采集數(shù)據(jù)的速度極慢，檢測(cè)出的精度非常容易就受到環(huán)境和時(shí)間等外在環(huán)境因素的影響。在光學(xué)元件之后的拋光和局部修正階段，一般采用干涉檢測(cè)法，該方法具有可靠性高、精度高和速度快等諸多優(yōu)點(diǎn)，是目前在非球面光學(xué)元件中最普遍使用的檢測(cè)方法。但是，由于非球面光學(xué)元件不像球面光學(xué)元件那樣，任何一點(diǎn)的法線都可作為其對(duì)稱軸線，這就導(dǎo)致非球面光學(xué)元件的加工和檢測(cè)難度均高于球面光學(xué)元件。如何高效的利用干涉法對(duì)非球面光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)高精度檢測(cè)，一直以來(lái)都是非常迫切需要有效解決的難題。
[0004]在干涉法高精度檢測(cè)中，非零位子孔徑拼接法是一項(xiàng)利用高精度干涉裝置，通過(guò)按照一定的規(guī)則將被測(cè)的整個(gè)光學(xué)元件口徑劃分為若干個(gè)子孔徑，并且相鄰的子孔徑之間要擁有重疊區(qū)域，最后要求全部子孔徑能夠完全、準(zhǔn)確地覆蓋整個(gè)被測(cè)光學(xué)元件表面口徑，以便達(dá)到檢測(cè)光學(xué)元件口徑表面粗糙度的方法。這種方法是對(duì)非球面光學(xué)元件表面的非零位檢測(cè)，它可以快速的、較高精度的檢測(cè)非球面光學(xué)元件表面粗糙度，而非零位子孔徑拼接技術(shù)的關(guān)鍵在于:首先要設(shè)計(jì)好需要檢測(cè)的子孔徑路徑，其次分別對(duì)每個(gè)子孔徑進(jìn)行高精度干涉檢測(cè)，然后再利用拼接算法以求得重疊區(qū)域的相位值和拼接向量，再對(duì)每次測(cè)量的子孔徑數(shù)據(jù)進(jìn)行完整拼接，最后得到光學(xué)元件表面口徑的完整測(cè)量結(jié)果。而由于在子孔徑拼接中會(huì)導(dǎo)致誤差傳遞，誤差層層疊加，導(dǎo)致非球面光學(xué)元件邊緣測(cè)量粗糙度與實(shí)際粗糙度相比，相差較多，不夠準(zhǔn)確，因此非零位子孔徑拼接法不夠精確。
[0005]在干涉法高精度檢測(cè)中，零位計(jì)算全息法是一項(xiàng)需要利用計(jì)算機(jī)首先生成所需要的波前全息圖案，然后利用加工儀器設(shè)備，將開始計(jì)算好的全息圖案制備到圖案基底上，然后生成計(jì)算全息圖，用激光照射到全息圖上時(shí)，就會(huì)復(fù)現(xiàn)出最開始計(jì)算全息圖所刻錄的波前的方法。利用這種方法可以準(zhǔn)確的生成與待測(cè)非球面光學(xué)元件相匹配的非球面波前圖案，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)非球面光學(xué)元件表面的零位檢測(cè)，計(jì)算全息法的測(cè)量可以達(dá)到超高的精度。計(jì)算全息片的加工方法是:首先通過(guò)繪圖儀、打印機(jī)等儀器設(shè)備，輸出到計(jì)算機(jī)上，繪制出原始的全息圖案，然后利用光學(xué)縮版，將其縮小到合適的尺寸并準(zhǔn)確刻錄到全息干版上，經(jīng)過(guò)顯影、定影等程序后，最終得到全息圖。目前，隨著刻蝕技術(shù)的快速發(fā)展，高精度的計(jì)算全息片都是采用激光直寫技術(shù)，或利用電子束、離子束刻蝕技術(shù)進(jìn)行加工處理，而基底則會(huì)選擇表面面形與折射率的均勻性較好的玻璃平板。而在計(jì)算全息片中加工中會(huì)浪費(fèi)大量時(shí)間，因此利用計(jì)算全息法測(cè)量非球面光學(xué)元件表面粗糙度不夠快速。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型目的是為了解決現(xiàn)有干涉法測(cè)量非球面光學(xué)元件時(shí)精度較低、速度較慢、耗時(shí)長(zhǎng)的問題，提供了一種基于子孔徑拼接法與計(jì)算全息法的非球面干涉檢測(cè)裝置。
[0007]本實(shí)用新型所述基于子孔徑拼接法與計(jì)算全息法的非球面干涉檢測(cè)裝置，它包括He-Ne激光器、第一反光鏡、第二反光鏡、第三反光鏡、準(zhǔn)直器、擴(kuò)束鏡、第一準(zhǔn)直透鏡、第二準(zhǔn)直透鏡、第三準(zhǔn)直透鏡、分光鏡、非球面光學(xué)元件、步進(jìn)電機(jī)、起偏器、液晶光閥、計(jì)算機(jī)、液晶光閥驅(qū)動(dòng)電路、檢偏器和CCD ；
[0008]He-Ne激光器發(fā)射出的激光入射至第一反光鏡，經(jīng)過(guò)第一反光鏡反射的反射光入射至準(zhǔn)直器，經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直器準(zhǔn)直后入射至擴(kuò)束鏡，經(jīng)過(guò)擴(kuò)束鏡擴(kuò)束的光入射至第一準(zhǔn)直透鏡，經(jīng)過(guò)第一準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后的光入射至分光鏡，經(jīng)分光鏡分光后形成透射的激光和反射的激光;
[0009]經(jīng)過(guò)分光鏡透射的激光入射至第二準(zhǔn)直透鏡，經(jīng)過(guò)第二準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后入射至非球面光學(xué)元件，經(jīng)過(guò)非球面光學(xué)元件反射的光沿原光路返回入射至第二準(zhǔn)直透鏡，經(jīng)過(guò)第二準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直的反射光入射至分光鏡，形成攜帶非球面光學(xué)元件表面信息的激光；
[0010]經(jīng)過(guò)分光鏡透射的激光入射至第二準(zhǔn)直透鏡，調(diào)節(jié)非球面光學(xué)元件下方架設(shè)的步進(jìn)電機(jī)，使經(jīng)過(guò)第二準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直的光入射至第三反光鏡，經(jīng)過(guò)第三反光鏡反射的光沿光路返回入射至第二準(zhǔn)直透鏡，經(jīng)過(guò)第二準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直的反射光入射至分光鏡，入射至分光鏡的激光為無(wú)改變特性的激光；
[0011]經(jīng)過(guò)分光鏡反射的激光入射至第二反光鏡，經(jīng)過(guò)第二反光鏡反射后的光沿原光路返回入射至分光鏡，入射至分光鏡的光為全反射激光；
[0012]全反射激光經(jīng)過(guò)分光鏡的透射后，與攜帶非球面光學(xué)元件表面信息的激光經(jīng)過(guò)分光鏡反射后獲得的反射光形成一束激光，該一束激光入射至起偏器，起偏器的出射光通過(guò)液晶光閥入射至檢偏器，檢偏器的出射光通過(guò)第三準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后入射至(XD，CXD形成攜帶非球面光學(xué)元件表面信息的激光干涉圖像；
[0013]非球面光學(xué)元件的下方架設(shè)有步進(jìn)電機(jī)，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)完成對(duì)非球面光學(xué)元件口徑的全部測(cè)量，然后通過(guò)拼接技術(shù)實(shí)現(xiàn)非球面光學(xué)元件表面的大口徑復(fù)現(xiàn)；
[0014]將非球面光學(xué)元件的波前干涉圖像輸入計(jì)算機(jī)中，全反射激光經(jīng)過(guò)分光鏡的透射與無(wú)改變特性的激光經(jīng)過(guò)分光鏡反射后獲得的反射光形成一束激光，該一束激光入射至起偏器，起偏器的出射光入射至液晶光閥，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)非球面光學(xué)元件的波前干涉圖像進(jìn)行編碼的全息圖來(lái)控制液晶光閥驅(qū)動(dòng)電路，進(jìn)而調(diào)節(jié)液晶光閥的兩側(cè)電壓形成光柵，激光經(jīng)過(guò)光柵衍射生成攜帶非球面光學(xué)元件波前信息的激光，攜帶非球面光學(xué)元件波前信息的激光入射至檢偏器，檢偏器的出射光通過(guò)第三準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后入射至(XD，CXD形成非球面光學(xué)元件波前圖像；
[0015]計(jì)算機(jī)通過(guò)液晶光閥驅(qū)動(dòng)電路控制液晶光閥的通斷。
[0016]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn):本實(shí)用新型所述基于子孔徑拼接法與計(jì)算全息法的非球面干涉檢測(cè)裝置是結(jié)合子孔拼接法和計(jì)算全息法兩種原理的檢測(cè)裝置，能夠?qū)Ψ乔蛎婀鈱W(xué)元件的表面粗糙度同時(shí)進(jìn)行光學(xué)干涉檢測(cè)，該裝置利用了子孔徑拼接法能夠快速檢測(cè)與計(jì)算全息法精度高測(cè)量準(zhǔn)確的特點(diǎn)，在兩者共同檢測(cè)非球面光學(xué)元件中取長(zhǎng)補(bǔ)短，兩者相互補(bǔ)充提高了測(cè)量精度，滿足了測(cè)量范圍較大與空間分辨率較高的要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)非球面光學(xué)元件干涉檢測(cè)系統(tǒng)的最優(yōu)化處理，從而大大提高對(duì)非球面光學(xué)元件表面粗糙度的測(cè)量精度與速度。
[0017]本實(shí)用新型是為了檢測(cè)非球面光學(xué)元件表面粗糙度而設(shè)計(jì)的裝置。該裝置采用基于分振幅雙光束干涉的原理，將子孔徑拼接法與計(jì)算全息法融合在一套裝置中，該裝置既可以克服子孔徑拼接法中誤差傳遞，導(dǎo)致的邊緣測(cè)量誤差大的問題，還可以解決計(jì)算全息法中檢測(cè)慢的缺點(diǎn)，并且通過(guò)測(cè)量的結(jié)果比較，可以更準(zhǔn)確的測(cè)量非球面光學(xué)元件表面粗糙度的實(shí)際數(shù)據(jù)。該裝置實(shí)現(xiàn)了將子孔徑拼接法的快速檢測(cè)與計(jì)算全息法的高精度數(shù)據(jù)測(cè)量這兩者的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合的效果，測(cè)量方法簡(jiǎn)單易行，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，精度高，測(cè)量速度快，并且該裝置在操作中不需要改變光路，大大提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，能夠有效地減少環(huán)境等因素帶來(lái)干擾噪聲。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型所述基于子孔徑拼接法與計(jì)算全息法的非球面干涉檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是本