一种光学玻璃的材料均匀性检测方法及装置与流程

本发明涉及光学干涉测量技术领域，特别涉及一种光学玻璃的材料均匀性检测方法及装置。

背景技术：

高精度光学成像镜头通常由多个光学透镜组成，为了达到理想的成像质量，要求光学镜头的透射波前达到衍射极限，而光学玻璃的材料均匀性是光学镜头透射波前误差的主要来源之一。此外，采用零位补偿镜法检测非球面镜面形时，为了获得高精度非球面面形检测结果，需要校正零位补偿镜的各种误差源，其中就包括补偿镜玻璃材料均匀性对补偿镜非球面波前的影响。在上述应用领域，光学玻璃材料均匀性的绝对检测技术是研制高精度光学成像镜头和零位补偿镜不可或缺的重要环节。

现有技术中，通常利用基于移相干涉仪的透射法检测光学玻璃材料均匀性，该方法通过几次不同配置的检测可以消除干涉仪、光学标准具、被检镜两表面面形在检测过程中引入的系统误差，从而实现光学玻璃材料均匀性的绝对检测。针对大口径光学玻璃材料均匀性的检测，直接利用大口径干涉仪解决上述问题成本太高，现有技术甚至无法制造满足口径和测试精度要求的干涉仪和光学标准具，因此通常采用基于小口径干涉仪结合子孔径拼接技术解决大口径光学玻璃材料均匀性的检测问题。然而，上述解决方案无法高精度测试材料均匀性中的离焦和像散，而且由于被检镜移动时倾斜姿态容易发生变化，导致拼接过程在最终的均匀性检测结果中留下不连续的拼接痕迹，从而导致均匀性测试误差增大。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种光学玻璃的材料均匀性检测方法及装置。

本发明的一个目的是提供一种光学玻璃的材料均匀性检测方法，所述方法包括：

将待检测光学玻璃进行抛光得到平行平板作为被检镜；

将所述被检镜至少划分为三个子孔径区域，其中，相邻的两个子孔径区域具有重叠区域；

获取每个子孔径区域的材料均匀性；

利用子孔径拼接算法将全部的子孔径区域的材料均匀性进行拼接计算以获得所述大口径光学玻璃的材料均匀性。

可选地，所述将待检测光学玻璃进行抛光得到平行平板作为被检镜具体包括：将待检测光学玻璃的上下表面进行抛光得到平行平板作为被检镜。

可选地，所述获取每个子孔径区域的材料均匀性具体包括：

调整所述被检镜的位置使得所述多个子孔径区域中的任一个子孔径区域与透射平面镜头形成的干涉条纹为零条纹；

调节反射平面镜头位置使得所述反射平面镜头与所述透射平面镜头形成的干涉条纹为零条纹，其中，所述透射平面镜头与所述被检镜前表面形成第一干涉腔，所述被检镜上下两个表面形成第二干涉腔，所述被检镜后表面与所述反射平面镜头形成第三干涉腔；

根据波长移相干涉原理计算得出所述第一干涉腔、所述第二干涉腔及所述第三干涉腔的检测结果；

获取所述透射平面镜头和所述透射平面镜头形成的第四干涉腔，根据波长移相干涉原理计算得出所述第四干涉腔的检测结果；

根据所述第一干涉腔、所述第二干涉腔、所述第三干涉腔以及所述第四干涉腔的检测结果计算得出所述子孔径区域的材料均匀性。

可选地，将所述被检镜至少划分为三个子孔径区域具体包括：

将所述被检镜划分为三个子孔径区域，分别为第一子孔径区域、第二子孔径区域以及第三子孔径区域；

可选地，所述获取所述透射平面镜头和所述透射平面镜头形成的第四干涉腔，根据波长移相干涉原理计算得出所述第四干涉腔的检测结果之前，所述方法还包括：

将所述被检镜从所述透射平面镜头和所述透射平面镜头之间取出。

可选地，所述调整所述被检镜的位置使得所述多个子孔径区域中的任一个子孔径区域与透射平面镜头形成的干涉条纹为零条纹之后，所述方法还包 括：

获取被检镜的倾斜量；

所述利用子孔径拼接算法将全部的子孔径区域的材料均匀性进行拼接计算以获得所述大口径光学玻璃的材料均匀性具体包括：

所述利用子孔径拼接算法将全部的子孔径区域的材料均匀性进行拼接计算以及所述被检镜的倾斜量以获得所述大口径光学玻璃的材料均匀性。

本发明的另一个目的是提供一种光学玻璃的材料均匀性检测装置，所述装置包括用于进行波长移相干涉测量的干涉仪、透射平面镜头、位于所述透射平面镜头下方的被检镜、用于调整所述透射平面镜头位置以使得与所述被检镜形成的干涉条纹为零条纹的五维调整台、位于所述被检镜下方的反射平面镜头、用于调整所述反射平面镜头位置以使得与所述被检镜形成的干涉条纹为零条纹的三维调整台；

所述被检镜为待检测光学玻璃进行抛光得到平行平板；

所述被检镜表面至少划分为三个子孔径区域，其中相邻的两个子孔径区域；

所述干涉仪分别对已划分的每个子孔径区域进行材料均匀性检测得到检测结果并利用所属检测结果进行拼接计算以获得所述被检镜的材料均匀性。。

可选地，所述装置还包括：

平面反射镜，用于校正所述被检镜的倾斜姿态；

监视干涉仪，用于监测所述被检镜的倾斜姿态；

所述干涉仪还用于根据所述平面反射镜和所述监视干涉仪的监测数据确定所述被检镜的倾斜量以及利用子孔径拼接算法将全部的子孔径区域的材料均匀性进行拼接计算和所述被检镜的倾斜量以获得所述被检镜的材料均匀性。

本发明提出一种光学玻璃的材料均匀性检测方法，将被检镜划分为至少三个子孔径区域，分别对每个子孔径区域计算材料均匀性，再利用子孔径拼接算法计算得到被检镜的材料均匀性，另外，被检镜的倾斜姿态由监视干涉仪和侧面的平面反射镜监视和校正，因此不同子孔径的均匀性测试结果的倾斜状态完全一致，而由均匀性中的离焦和像散在子孔径干涉检测结果中引入 的“倾斜”量可以被真实地保留，从而避免了被检镜全口径均匀性中出现不连续的拼接痕迹。本发明提出的方法在利用小口径移相干涉仪实现大口径光学玻璃材料均匀性的检测过程中，不仅可以实现材料均匀性的全部波像差绝对检测，而且可以消除不连续的拼接痕迹造成的检测误差。

附图说明

图1是本发明的光学玻璃的材料均匀性检测方法的一种实施例的流程图；

图2是本发明的光学玻璃的材料均匀性检测方法的另一种实施例的流程图；

图3是本发明的光学玻璃的材料均匀性检测方法的被检镜划分为多个子孔径区域的示意图；

图4是本发明的光学玻璃的材料均匀性检测装置的一种结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

结合图1所示，本发明提供的一种光学玻璃的材料均匀性检测方法的一种实施例，所述方法包括：

S101、将待检测光学玻璃进行抛光得到平行平板作为被检镜。

S102、将所述被检镜至少划分为三个子孔径区域，其中，相邻的两个子 孔径区域具有重叠区域。

S103、获取每个子孔径区域的材料均匀性。

S104、利用子孔径拼接算法将全部的子孔径区域的材料均匀性进行拼接计算以获得所述大口径光学玻璃的材料均匀性。

本发明提出一种光学玻璃的材料均匀性检测方法，将被检镜划分为至少三个子孔径区域，分别对每个子孔径区域计算材料均匀性，再利用子孔径拼接算法计算得到被检镜的材料均匀性，另外，被检镜的倾斜姿态由监视干涉仪和侧面的平面反射镜监视和校正，因此不同子孔径的均匀性测试结果的倾斜状态完全一致，而由均匀性中的离焦和像散在子孔径干涉检测结果中引入的“倾斜”量可以被真实地保留，从而避免了被检镜全口径均匀性中出现不连续的拼接痕迹。本发明提出的方法在利用小口径移相干涉仪实现大口径光学玻璃材料均匀性的检测过程中，不仅可以实现材料均匀性的全部波像差绝对检测，而且可以消除不连续的拼接痕迹造成的检测误差。

结合图2和图3所示，本发明提供的一种光学玻璃的材料均匀性检测方法的另一种实施例，所述方法包括：

S201、将待检测光学玻璃的上下表面进行抛光得到平行平板作为被检镜。

S202、将所述被检镜至少划分为三个子孔径区域，其中，相邻的两个子孔径区域具有重叠区域。

S203、调整所述被检镜的位置使得所述多个子孔径区域中的任一个子孔径区域与透射平面镜头形成的干涉条纹为零条纹。

S204、调节反射平面镜头位置使得所述反射平面镜头与所述透射平面镜头形成的干涉条纹为零条纹，其中，所述透射平面镜头与所述被检镜前表面形成第一干涉腔，所述被检镜上下两个表面形成第二干涉腔，所述被检镜后表面与所述反射平面镜头形成第三干涉腔。

S205、根据波长移相干涉原理计算得出所述第一干涉腔C1、所述第二干涉腔C2及所述第三干涉腔C3的检测结果。

利用波长移相干涉1可以利用一次测量获得三个干涉腔的检测结果：

C₁＝-S₁-S₂+k₁，

C₂＝nS₂-nS₃+nT+k₂，

C₃＝-S₃-S₄+k₃

其中，S₁，S₂，S₃和S₄分别为透射平面镜头、被检镜前表面、被检镜后表面和反射平面镜头的面形误差，n为被检镜材料折射率，T为被检镜厚度，k₁，k₂和k₃为三个常数项。

S206、获取所述透射平面镜头和所述透射平面镜头形成的第四干涉腔，根据波长移相干涉原理计算得出所述第四干涉腔的检测结果。

在获取第四干涉腔之前将位于透射平面镜头和所述透射平面镜头之间的被检镜取出再进行第四干涉腔的检测，对于第四干涉腔的计算方式可以为：

C_EC＝-S₁-S₄+k₄

其中，k₄为常数项。

S207、根据所述第一干涉腔、所述第二干涉腔、所述第三干涉腔以及所述第四干涉腔的检测结果计算得出所述子孔径区域的材料均匀性。

被检镜上一个子孔径区域的材料均匀性H1的计算方式可以采用：

H₁＝nT＝C₂-n(C_EC-C₃-C₁)

通过利用前面的计算过程得到的参数进行计算可以得到一个子孔径区域的材料均匀性。

需要指出的是，对于每个子孔径区域的材料均匀性检测的步骤相类似，按照步骤S203至S207重复进行即可，此处不做赘述。

可选地，在进行另一个子孔径区域的材料均匀性进行检测时候，重新将被检镜放回干涉腔中，在反复取放过程中，被检镜支撑机构需确保低应力和高位置复现性，重新调整被检镜倾斜姿态，使被检镜与透射平面镜头形成的干涉条纹为零条纹，利用监视干涉仪测量被检镜支撑装置侧面的平面反射镜干涉条纹的倾斜T₁和T₂，利用五维调整台调整被检镜位置，使被检镜第二个子孔径与透射平面镜头形成的干涉条纹为零条纹，观察监视干涉仪测量的平面反射镜干涉条纹的倾斜T′₁和T′₂，利用五维调整台微调被检镜倾斜使平面反射镜的干涉条纹倾斜为T₁和T₂，重复步骤S203至S207的操作过程，可以获得被检镜第二个子孔径的材料均匀性H₂。

S208、利用子孔径拼接算法将全部的子孔径区域的材料均匀性进行拼接计算以获得所述大口径光学玻璃的材料均匀性。

对于子孔径拼接算法，本领域普通技术人员应当了解，具体拼接过程不进行赘述，需要指出的是，在拼接的过程中还增加的对被检镜的倾斜量，利用子孔径拼接算法将全部的子孔径区域的材料均匀性进行拼接计算以及所述被检镜的倾斜量以获得所述大口径光学玻璃的材料均匀性，避免了被检镜全口径均匀性中出现不连续的拼接痕迹。

对于被检镜倾斜量的获取，本发明提供了一种实现方式，具体包括：

为了便于理解本申请的技术方案，下面提供一种使用场景加以解释。

1、将大口径光学玻璃两表面抛光为平行平板作为被检镜，两表面要求达到较高的面形精度。

2、构建基于小口径波长移相干涉仪的材料均匀性测量装置，包括波长移相干涉仪主机、透射平面镜头、被检镜、五维调整台、反射平面镜头、三维调整台、监视干涉仪和平面反射镜，将大口径被检镜划分为多个子孔径区域，每个子孔径区域均可以利用波长移相干涉仪测量，且相邻两个子孔径区域具有足够大的重叠区域，以保证后续的拼接精度。

3、在干涉仪主机上安装透射平面镜头，将被检镜安装在检测装置中，利用五维调整台调整被检镜位置使其第一个子孔径区域与透射平面镜头形成的干涉条纹为零条纹，将反射平面镜头安装在检测装置中，利用三维调整台调整倾斜使其与透射平面镜头形成的干涉条纹为零条纹，最后调整干涉仪聚焦位置使反射平面镜头成为干涉仪成像镜的物面。透射平面镜头、被检镜和反射平面镜头三者之间的位置关系需满足波长移相干涉仪的检测要求，以防止测试过程中出现倍频干涉信号的干扰。

4、在包含被检镜的满腔情况下，透射平面镜头与被检镜前表面形成干涉腔C₁，被检镜前后表面形成干涉腔C₂，被检镜后表面与反射平面镜头形成干涉腔C₃。利用波长移相干涉仪可以利用一次测量获得如下三个干涉腔的检测结果：

C₁＝-S₁-S₂+k₁，

C₂＝nS₂-nS₃+nT+k₂，

C₃＝-S₃-S₄+k₃

其中，S₁，S₂，S₃和S₄分别为透射平面镜头、被检镜前表面、被检镜后 表面和反射平面镜头的面形误差，n为被检镜材料折射率，T为被检镜厚度，k₁，k₂和k₃为三个常数项。

5、取出被检镜3，透射平面镜头与反射平面镜头形成空腔C_EC，利用波长移相干涉仪1获得空腔的检测结果如下：

C_EC＝-S₁-S₄+k₄

其中，k₄为常数项。因此，被检镜3第一个子孔径的材料均匀性H₁可由上述满腔和空腔的测试结果推导得：

H₁＝nT＝C₂-n(C_EC-C₃-C₁)

6、重新将被检镜3放回干涉腔中，在反复取放过程中，被检镜支撑机构需确保低应力和高位置复现性。重新调整被检镜倾斜姿态，使其与透射平面镜头形成的干涉图为零条纹，利用监视干涉仪7测量被检镜支撑装置侧面的平面反射镜8干涉条纹的倾斜T₁和T₂。

利用五维调整台4调整被检镜位置，使其第二个子孔径与透射平面镜头形成的干涉条纹为零条纹，观察监视干涉仪7测量的平面反射镜8干涉条纹的倾斜T′₁和T′₂，利用五维调整台4微调被检镜倾斜使平面反射镜8的干涉条纹倾斜为T₁和T₂。然后，重复步骤4和5的操作过程，可以获得被检镜第二个子孔径的材料均匀性H₂。重复进行每个子孔径区域的测量，可以获得被检镜3所有子孔径区域的材料均匀性H₁,H₂,H₃…，H_n。

7、利用经典的子孔径拼接算法将被检镜3全部子孔径区域的材料均匀性数据H₁,H₂,H₃…，H_n拼接在一起获得大口径被检镜全部区域的材料均匀性H。

上文介绍了一种方法，对应的，本发明还提供了一种光学玻璃的材料均匀性检测装置，应用于上述光学玻璃的材料均匀性检测方法，下面进行介绍。

结合图3和图4所示，本发明提供一种光学玻璃的材料均匀性检测装置的一种实施例，所述装置包括用于进行波长移相干涉测量的干涉仪1、透射平面镜头2、位于所述透射平面镜头下方的被检镜3、用于调整所述透射平面镜头位置以使得与所述被检镜形成的干涉条纹为零条纹的五维调整台4、位于所述被检镜下方的反射平面镜头5、用于调整所述反射平面镜头位置以使得与所述被检镜形成的干涉条纹为零条纹的三维调整台6；

所述被检镜3为待检测光学玻璃进行抛光得到平行平板；

所述被检镜3表面至少划分为三个子孔径区域，其中相邻的两个子孔径区域；

所述干涉仪1分别对已划分的每个子孔径区域进行材料均匀性检测得到检测结果并利用所属检测结果进行拼接计算以获得所述被检镜的材料均匀性。

本发明提出一种光学玻璃的材料均匀性检测装置，将被检镜3划分为至少三个子孔径区域，分别对每个子孔径区域计算材料均匀性，再利用子孔径拼接算法计算得到被检镜3的材料均匀性，另外，被检镜3的倾斜姿态由监视干涉仪8和侧面的平面反射镜7监视和校正，因此不同子孔径的均匀性测试结果的倾斜状态完全一致，而由均匀性中的离焦和像散在子孔径干涉检测结果中引入的“倾斜”量可以被真实地保留，从而避免了被检镜3全口径均匀性中出现不连续的拼接痕迹。本发明提出的方法在利用小口径移相干涉仪实现大口径光学玻璃材料均匀性的检测过程中，不仅可以实现材料均匀性的全部波像差绝对检测，而且可以消除不连续的拼接痕迹造成的检测误差。

可选地，所述装置还包括：

平面反射镜7，用于校正所述被检镜的倾斜姿态；

监视干涉仪8，用于监测所述被检镜的倾斜姿态；

所述干涉仪1还用于根据所述平面反射镜7和所述监视干涉仪8的监测数据确定所述被检镜3的倾斜量以及利用子孔径拼接算法将全部的子孔径区域的材料均匀性进行拼接计算和所述被检镜3的倾斜量以获得所述被检镜的材料均匀性。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个 系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上对本发明所提供的一种光学玻璃的材料均匀性检测方法及装置进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。