专利名称：一种基于泰伯效应的非球面检测系统的制作方法
技术领域：
本发明属于光学测试领域，尤其涉及一种利用泰伯效应的非球面检测系统。
背景技术：
在空间光学、天文和军事等领域，以非球面镜为关键部件的光学系统发挥着越来 越重要的作用，而且所需的非球面镜口径越来越大。大口径非球面镜的制造需要相应的检 测技术，但是目前高精度检测仍然存在很多困难。当下流行的非球面检测技术主要是是基 于光干涉原理的，需要在整个干涉系统中加装补偿镜。但是随着非球面口径的增大，需要的 补偿镜会越来越复杂，而且也大大影响检测精度。特别的，对于面型比较陡峭的非球面镜， 现有的干涉检测方法由于各种原理和技术上的限制，不能准确的得到干涉条纹，因而无法 检测。因此结构简单易于实现非球面的检测的系统具有非常大的应用空间。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于泰伯效应的非球面检测系 统，本发明可以用于实现对大口径或者面型比较陡峭的非球面镜的高精度检测。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的基于泰伯效应的非球面检测系统包 括半导体激光器、显微物镜、准直物镜、第一反射镜、第二反射镜、待测非球面镜、分光棱镜、 第一光栅、第二光栅、毛玻璃片、CCD相机、图像采集卡、计算机和挡光板。半导体激光器发出 的光束经显微物镜和准直物镜准直扩束后，照射到第一反射镜，第一反射镜的反射光束由 分光棱镜分成两路光束，在其中一路光束的光轴上依次放置待测非球面镜和第二反射镜， 另一路光束的光轴上依次放置第一光栅、第二光栅、毛玻璃和CXD相机，CXD相机的信号输 出端经图像采集卡与计算机相连，挡光板位于显微物镜、准直物镜和第一光栅、第二光栅、 毛玻璃片之间。上述的第一光栅是结构均勻的周期性线形光栅，周期为10 20微米，厚度为 0. 5 3毫米。所述的第二光栅是结构均勻的周期性光栅，周期为第一光栅的1 3倍，厚 度为0.5 3毫米。所述待测非球面镜可以是面型陡峭的非球面镜或者大口径非球面镜。待测非球面 镜6由二维导轨平台夹持，实现二维移动。本发明的工作原理半导体激光器发出的光束经显微物镜和准直物镜准直扩束 后，经由第一反射镜和分光棱镜折转光路后入射到待测非球面镜某一采样位置，经过第二 反射镜反射后再通过分光棱镜入射到第一光栅上，在其泰伯距离上形成泰伯像，同时在泰 伯像的位置放置第二光栅，第一光栅的泰伯像和第二光栅形成莫尔条纹。CCD相机和图像采 集卡采集莫尔条纹移动数目，再由计算机通过波面拟合重构出非球面面型。挡光板可以消 除显微物镜和准直物镜的杂散光对莫尔条纹的影响。本发明的有益效果是1.本发明利用泰伯效应和莫尔条纹技术，这种衍射测量的技术比现有的干涉测量有着更高的精度，可以实现面型陡峭的非球面镜的高精度检测。2.本发明利用计算机编程自动控制夹持在二维导轨平台上的待测非球面镜移动， 从而控制扫描非球面镜，可以实现对大口径非球面镜的高精度检测。3.本发明光路简单易于实现，而且利用计算机控制可以实现自动检测和数据处 理，具有很好的应用前景。
图1是基于泰伯效应的非球面检测系统的结构原理图；图2是扫描控制流程图。
具体实施例方式下面根据附图详细说明本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。如图1所示，本发明基于泰伯效应的非球面检测系统包括半导体激光器1、显微物 镜2、准直物镜3、第一反射镜4、第二反射镜5、待测非球面镜6、分光棱镜7、第一光栅8、第 二光栅9、毛玻璃片10、CXD相机11、图像采集卡12、计算机13和挡光板14，半导体激光器 1发出的光束经显微物镜2和准直物镜3准直扩束后，照射到第一反射镜4，第一反射镜4 的反射光束由分光棱镜7分成两路光束，在其中一路光束的光轴上依次放置待测非球面镜 6和第二反射镜5，另一路光束的光轴上依次放置第一光栅8、第二光栅9、毛玻璃10和CXD 相机11，C⑶相机11的信号输出端经图像采集卡12与计算机13相连，挡光板14位于显微 物镜2、准直物镜3和第一光栅8、第二光栅9、毛玻璃片10之间。上述的第一光栅是结构均勻的周期性线形光栅，周期为10 20微米，厚度为 0. 5 3毫米。所述的第二光栅是结构均勻的周期性光栅，周期为第一光栅的1 3倍，厚 度为0.5 3毫米。所述待测非球面镜可以是面型陡峭的非球面镜或者大口径非球面镜。待测非球面 镜6由二维导轨平台夹持，实现二维移动。它的基本原理是半导体激光器1发出的激光光束经过显微物镜2和准直物镜3 形成均勻的平行光束，再由第一反光镜4折转光路入射到分光棱镜7上，然后再入射到待测 非球面镜6，再由第二反射镜5反射光束回来，经过分光棱镜7，随后再入射到第一光栅8和 第二光栅9，第一光栅8在其泰伯距离上形成泰伯像，该泰伯像和第二光栅重叠形成莫尔条 纹，当入射到第一光栅上的光有角度偏转的时候，会产生莫尔条纹的移动，利用CCD相机11 和图像采集卡12采集莫尔条纹和条纹移动数目，最后在计算机13上处理条纹信息，从而拟 合得到待测非球面镜6的面型。其中为了避免杂散光的影响，加入挡光板14来保护光路。如图2所示是基于泰伯效应的非球面检测系统的扫描控制流程图，首先选定一个 测量点并读取坐标值，然后驱动控制器控制夹持待测非球面镜的二维导轨移动，当待测非 球面镜移动到某一个位置的时候，光束经过该位置得到带有面型信息的莫尔条纹，进行莫 尔条纹图像采集，然后在计算机中进行图像处理和计算角度。随后，判定是否测量完毕，如 没有结束则继续控制驱动控制器和二维导轨移动，进行下一个采样点的莫尔条纹采集，如 结束则停止扫描控制进行对已经得到的数据进行波面拟合，最终得到待测非球面镜的面 型。
权利要求
一种基于泰伯效应的非球面检测系统，其特征在于包括半导体激光器(1)、显微物镜(2)、准直物镜(3)、第一反射镜(4)、第二反射镜(5)、待测非球面镜(6)、分光棱镜(7)、第一光栅(8)、第二光栅(9)、毛玻璃片(10)、CCD相机(11)、图像采集卡(12)、计算机(13)和挡光板(14)。半导体激光器(1)发出的光束经显微物镜(2)和准直物镜(3)准直扩束后，照射到第一反射镜(4)，第一反射镜(4)的反射光束由分光棱镜(7)分成两路光束，在其中一路光束的光轴上依次放置待测非球面镜(6)和第二反射镜(5)，另一路光束的光轴上依次放置第一光栅(8)、第二光栅(9)、毛玻璃(10)和CCD相机(11)，CCD相机(11)的信号输出端经图像采集卡(12)与计算机(13)相连，挡光板(14)位于显微物镜(2)、准直物镜(3)和第一光栅(8)、第二光栅(9)、毛玻璃片(10)之间。
2.根据权利要求书1所述的非球面检测系统，其特征在于，所述第一光栅(8)是结构均 勻的周期性线形光栅，周期为10 20微米，厚度为0. 5 3毫米。
3.根据权利要求书1所述的非球面检测系统，其特征在于，所述第二光栅(9)是结构均 勻的周期性光栅，周期为第一光栅8的1 3倍，厚度为0. 5 3毫米。
4.根据权利要求1所述的非球面检测系统，其特征在于，所述待测非球面镜(6)由二维 导轨平台夹持，实现二维移动。
全文摘要
本发明公开的基于泰伯效应的非球面检测系统，包括半导体激光器、显微物镜、准直物镜、第一、第二反射镜、待测非球面镜、分光棱镜、第一、第二光栅、毛玻璃片、CCD相机、图像采集卡和计算机。半导体激光器发出的光束经显微物镜和准直物镜准直扩束后，经由第一反射镜和分光棱镜折转光路后入射到待测非球面镜某一采样位置，经过第二反射镜反射后再通过分光棱镜入射到第一光栅上，在其泰伯距离上形成泰伯像，同时在泰伯像的位置放置第二光栅，第一光栅的泰伯像和第二光栅形成莫尔条纹。CCD相机和图像采集卡采集莫尔条纹移动数目，再由计算机通过波面拟合重构出非球面面型。本发明结构简单，可实现大口径或者面型比较陡峭的非球面镜的高精度检测。
文档编号G01B11/24GK101995230SQ20101052403
公开日2011年3月30日 申请日期2010年10月29日 优先权日2010年10月29日
发明者侯西云, 李遥, 白剑, 金晓荣 申请人:浙江大学