一种子孔径拼接非球面干涉仪的制作方法

本发明涉及光学检测技术领域，尤其涉及一种子孔径拼接非球面干涉仪。

背景技术：

光学非球面的中高精度检测方案多采用光学方式，最常用的方法是采用普通干涉仪，借助于补偿器或者cgh(计算全息)来对非球面表面进行零位补偿干涉测量。但是该方法需要对每个非球面专门设计和制造补偿器或者cgh来进行测量，不仅设计和制造困难，而且加工周期很长，成本高，只有批量化的非球面加工才适合这种方式。

另外，用波面干涉仪不能直接测量非球面的最重要的原因是干涉条纹太密，探测元件无法解析。所以实际检测过程中也常用子孔径拼接方式来对非球面进行面形检验。该方法是将被测非球面口径划分为若干更小口径的子孔径，由于子孔径范围内非球面的偏离量足够小，所以可以用标准的小口径干涉仪对子孔径进行零位干涉检测，然后通过拼接技术得到非球面全口径的检测结果。但是这种拼接检测方式需要外部的运动机构配合，使得干涉仪与非球面镜本身产生相对运动以测量各个子孔径。这种运动方式不仅成本较高，而且运动误差难以控制，所以实际检测中，不得不增加复杂的拼接算法才能使拼接误差足够小，这无疑增加了该方法实现的难度与工作量。

技术实现要素：

本发明旨在克服现有技术存在的缺陷，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种子孔径拼接非球面干涉仪。所述子孔径拼接非球面干涉仪包括：激光器、分束器、第一扩束系统、参考镜以及扫描探测系统。所述激光器发出细光束并将所述细光束经所述分束器入射至所述第一扩束系统；所述第一扩束系统用于将所述细光束变为宽光束，所述宽光束一部分传播至参考镜后原路返回形成参考波，另一部分经过透射传播至待测非球面镜表面后反射形成检测波，所述参考波与所述检测波形成干涉光束经过分束器后进入所述扫描探测系统；所述扫描探测系统用于将所述经分束器入射的干涉光束变成宽干涉光束后分别探测所述宽干涉光束中的每一个子光束，并存储探测到的所述子光束的面形。

在一些实施例中，所述扫描探测系统包括第二扩束系统，扫描系统以及探测器；所述第二扩束系统用于将所述经所述分束器入射的干涉光束变成宽干涉光束；所述扫描系统使探测器与该宽干涉光束之间形成相对位移，且可使探测器的探测范围覆盖所述宽干涉光束的全部区域；所述探测器用来探测所述宽干涉光束中的每一个子光束并存储探测到的所述子光束的面形。

在一些实施例中，所述扫描系统为二维运动平台；所述探测器固定设置于所述二维运动平台之上，所述二维运动平台带动所述探测器对所述宽干涉光束中的每一个子光束进行对准并检测。

在一些实施例中，所述第二扩束系统可切换输出不同束径的光束。

在一些实施例中，所述参考镜的背面设置有用于驱动所述参考镜进行移相检测的压电陶瓷。

在一些实施例中，所述探测器为ccd探测器。

在一些实施例中，所述扫描探测系统包括凸透镜，二维反射振镜，探测器以及设置在所述探测器前方的准直透镜；所述凸透镜将所述干涉光束聚焦于二维振镜的表面后反射形成反射光；所述探测器设置在所述反射光的通光区域；所述准直透镜将探测器前方的光束进行准直；所述探测器与所述与凸透镜以及准直透镜均固定放置，所述二维振镜为运动部件，控制所述二维振镜的旋转角度使所述探测器与各子光束进行对准并检测。

在一些实施例中，所述参考镜为平面或球面参考镜。

在一些实施例中，所述激光器为稳频激光器。

本发明的技术效果：本发明公开的子孔径拼接非球面干涉仪不需要庞大的外部运动机构，将干涉仪相对于待测非球面镜的运动转化为扫描探测系统相对于干涉光束的运动，不仅大幅降低了成本，而且使运动误差容易控制，简化了后续的拼接算法，提高了全口径面形拼接精度。

附图说明

图1为根据本发明一个实施例的子孔径拼接非球面干涉仪的结构框图；

图2为根据本发明一个实施例的扫描探测系统的结构框图；

图3为根据本发明一个实施例的扫描探测系统的结构示意图；以及

图4为根据本发明另一个实施例的扫描探测系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

参考图1所示，是本发明提供的一种子孔径拼接非球面干涉仪100。所述子孔径拼接非球面干涉仪100包括：激光器1、分束器2、第一扩束系统3、参考镜4以及扫描探测系统6。

所述激光器发1出细光束并将所述细光束经所述分束器2入射至所述第一扩束系统3。所述第一扩束系统3用于将所述细光束变为宽光束，所述宽光束一部分传播至参考镜4后原路返回形成参考波，另一部分经过透射传播至待测非球面镜5表面后反射形成检测波，所述参考波与所述检测波在光路重合区域形成干涉光束经过分束器2后进入所述扫描探测系统6。所述扫描探测系统6用于将所述经分束器2入射的干涉光束变成宽干涉光束后分别探测所述宽干涉光束中的每一个子光束，并存储探测到的所述子光束的面形。

在一些实施例中，所述参考镜4为平面或球面参考镜，且该参考镜4理论上可测量被测非球面的最佳拟合球面面形。

在一些实施例中，所述激光器1为稳频激光器，具体地，所述激光器1为he-ne稳频激光器。

如图2所示实施例中，所述扫描探测系统6包括第二扩束系统61，扫描系统62以及探测器63。所述第二扩束系统61用于将所述经所述分束器2入射的干涉光束变成宽干涉光束。所述扫描系统62使探测器63与该宽干涉光束之间形成相对位移，且可使探测器63的探测范围覆盖所述宽干涉光束的全部区域。所述探测器63用来探测所述宽干涉光束中的每一个子光束并存储探测到的所述子光束的面形。所述子光束对应于待测非球面镜5表面的一个子孔径。

所述子孔径拼接非球面干涉仪100的测量过程如下：先根据待测非球面镜5表面的几何参数将其划分为若干子孔径，且各子孔径之间部分重叠。控制扫描系统62，使探测器63与其中的一个子孔径对准，参考镜4的背面设置有压电陶瓷，可驱动参考镜4进行移相检测，获得该子孔径的面形；控制扫描系统62使探测器63与各子孔径逐个对准，并存储各子孔径的面形，最后通过计算机拼接处理，获得整个待测非球面镜5的全口径面形误差。

如图3所示实施例中，所述扫描系统62为二维运动平台；所述探测器63固定设置于所述二维运动平台62之上，所述二维运动平台62带动所述探测器63沿x、y两个方向对所述宽干涉光束中的每一个子光束进行对准并检测，从而完成整个表面的子孔径拼接检测。该方式实现简单，运动控制容易。

在一些实施例中，所述第二扩束系统可切换输出不同束径的光束。使得探测器63在相对静止时所接受到的光束信息产生变化，以调节子孔径的探测面积与探测分辨率。

在一些实施例中，所述参考镜4的背面设置有压电陶瓷，用于驱动所述参考镜进行移相检测。

在一些实施例中，所述探测器63为ccd探测器。

如图4所示的实施例中，所述扫描探测6系统包括凸透镜601，二维反射振镜602，探测器603以及设置在所述探测器603前方的准直透镜604。所述凸透镜601将所述干涉光束聚焦于二维振镜602的表面后反射形成反射光。所述探测器603设置在所述反射光的通光区域。所述准直透镜604将探测器603前方的光束进行准直；所述探测器603与所述凸透镜601以及准直透镜604均固定放置，所述二维振镜602为运动部件，控制所述二维振镜602沿x、y两个方向的旋转角度使所述探测器603与各子光束进行对准并检测。在本实施例中，所述探测器603为ccd探测器。因为在此实施例中，探测器603固定放置，运动部件仅为二维振镜602，故对准速度快，且整体尺寸较紧凑。

本发明的技术效果：本发明公开的子孔径拼接非球面干涉仪不需要庞大的外部运动机构，将干涉仪相对于待测非球面镜的运动转化为扫描探测系统相对于干涉光束的运动，不仅大幅降低了成本，而且使运动误差容易控制，简化了后续的拼接算法，提高了全口径面形拼接精度。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。