非球面面形的检测方法和用于检测非球面面形的检测装置与流程

1.本发明涉及非球面面形检测设备技术领域，具体而言，涉及一种非球面面形的检测方法和用于检测非球面面形的检测装置。


背景技术：

2.在光学成像领域中，离轴非球面、自由曲面因其优异的像差校正能力，在提升光学系统性能、降低光学系统重量、减小光学系统体积方面具有重要应用，被广泛应用于航空航天的光学望远镜、近眼显示光学系统、及紫外光刻物镜等领域。具有离轴非球面、自由曲面的透镜的面形各处差异较大，不利于检测。而现有中大多采用三坐标、luphscan(三维激光扫描点云处理软件)、ua3p(三维光学轮廓测量仪)等方式进行检测，但是由于非球面、自由曲面的不规则，在进行检测时不宜定位其所在位置的坐标，且在三维扫描时也会出现扫描误差。计算全息图检测方法具有补偿范围大、检测精度高、检测速度快等优点被广泛应用，但是在采用计算全息图检测方法的过程中被检测面形的面形误差受镜片调整姿态的影响而不同，因此并不能确定被检测面形的面形误差值的大小，导致整个面形的检测结果并不准确，也就是说对非球面、自由曲面的检测误差较大。
3.也就是说，现有技术中非球面、自由曲面存在检测误差大的问题。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于提供一种非球面面形的检测方法和用于检测非球面面形的检测装置，以解决现有技术中非球面、自由曲面存在检测误差大的问题。
5.为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种非球面面形的检测方法，包括：获取干涉出光结构、计算全息结构、待检测结构和调整结构，将干涉出光结构、计算全息结构、待检测结构和调整结构进行粗略对准；调整调整结构和待检测结构的位置，以将待检测结构与干涉出光结构进行精确对准；干涉出光结构检测待检测结构的非球面面形；其中，计算全息结构为具有计算全息图的结构。
6.进一步地，在将干涉出光结构、计算全息结构、待检测结构和调整结构进行粗略对准的过程中包括：将干涉出光结构与计算全息结构对准；将调整结构与计算全息结构对准，以将待检测结构与计算全息结构进行粗略对准。
7.进一步地，在将干涉出光结构与计算全息结构对准的过程中包括：干涉出光结构射出光线，计算全息结构的反射区域将光线反射到干涉出光结构上；调整计算全息结构的位置，直至将干涉条纹调至零条纹，完成计算全息结构与干涉出光结构的对准；其中，计算全息结构被配置为具有用于透光的第一区域、用于反光的反射区域和用于透光的对准区域。
8.进一步地，在将调整结构与计算全息结构对准，以将待检测结构与计算全息结构进行粗略对准的过程中包括：干涉出光结构射出光线，计算全息结构的对准区域透过光线，调整调整结构的位置，以使得透过对准区域的光线能够透过调整结构上的通孔，实现待检
测结构与计算全息结构的粗略对准。
9.进一步地，在调整调整结构和待检测结构的位置，以将待检测结构与干涉出光结构进行精确对准的过程中包括：调整调整结构和待检测结构的前后位置使得通孔透过的光最细。
10.进一步地，在调整调整结构和待检测结构的前后位置使得通孔透过的光最细的过程中，包括：固定接收板的位置，使得通孔透过的光在接收板上形成光斑；调整调整结构和待检测结构的前后位置，使光斑的宽度最小；其中，光斑的宽度最小时通孔透过光最细。
11.进一步地，在接收板上设置有用于测量的刻度，刻度用于测量光斑的宽度，光斑的宽度小于刻度的单位刻度时为宽度最小。
12.进一步地，在接收板上设置有多个平行的栅格线，光斑的宽度小于相邻两个栅格线之间的宽度时，光斑的宽度最小。
13.进一步地，在接收板(60)上设置有用于检测光斑的宽度的传感器，传感器检测到光斑的宽度小于预设值时，为光斑的宽度最小。
14.根据本发明的另一方面，提供了一种用于检测非球面面形的检测装置，用于检测非球面面形的检测装置采用上述非球面面形的检测方法对非球面结构进行检测，用于检测非球面面形的检测装置，干涉出光结构，干涉出光结构能够被配置为发射干涉光；计算全息结构，具有用于透光的第一区域、用于反光的反射区域和用于透光的对准区域；调整结构，调整结构用于装配待检测结构，调整结构具有与对准区域配合的通孔。
15.应用本发明的技术方案，非球面面形的检测方法包括：s10：获取干涉出光结构、计算全息结构、待检测结构和调整结构，将干涉出光结构、计算全息结构、待检测结构和调整结构进行粗略对准；s20：调整调整结构和待检测结构的位置，以将待检测结构与干涉出光结构进行精确对准；s30：干涉出光结构检测待检测结构的非球面面形；其中，计算全息结构为具有计算全息图的结构。
16.在检测之前，将待检测结构装配在调整结构上，以使待检测结构与调整结构同步移动。将干涉出光结构、计算全息结构、待检测结构和调整结构进行粗略对准，以使得干涉出光结构、计算全息结构、待检测结构和调整结构同轴设置，且干涉出光结构射出的干涉光能够照射到待检测结构上，同时能够被待检测结构反射到计算全息结构上，计算全息结构记录待检测结构的面形。但是在粗略对准的情况下检测的误差较大，需要进行精确对准，在精确对准的过程中仅需要调整调整结构的位置，以改变待检测结构相对于计算全息结构的位置，待精确对准完成后，干涉出光结构检测待检测结构的面形。
附图说明
17.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
18.图1示出了本发明的一个可选实施例的透镜面形检测装置的结构示意图；
19.图2示出了本发明的一个可选实施例的干涉仪、标准镜、计算全息图、调整工装、接收板的位置关系图；
20.图3示出了本发明的一个可选实施例的计算全息图的结构示意图；
21.图4示出了本发明的一个可选实施例的调整工装与被检测结构的位置关系图；
22.图5示出了本发明的另一个可选实施例的调整工装与被检测结构的位置关系；
23.图6示出了本发明的一个可选实施例的透镜面形检测装置的光路示图；
24.图7示出了图6中a处的放大图；
25.图8示出了本发明的另一个可选实施例的透镜面形检测装置的光路示图；
26.图9示出了本发明的一个可选实施例的非球面面形的检测方法的流程图。
27.其中，上述附图包括以下附图标记：
28.10、干涉仪；20、标准镜；30、计算全息结构；31、对准区域；32、调整架；33、计算全息图；34、第一区域；35、反射区域；40、调整结构；41、通孔；42、调整件；43、调整工装；44、安装区域；50、待检测结构；60、接收板；100、干涉出光结构。
具体实施方式
29.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
30.需要指出的是，除非另有指明，本技术使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
31.在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。
32.为了解决现有技术中非球面、自由曲面存在检测误差大的问题，本发明提供了一种非球面面形的检测方法和用于检测非球面面形的检测装置。
33.采用计算全息图进行检测的方案具有补偿范围大、检测精度高、检测速度快等优点，但是检测过程中被检测面形的面形误差受镜片调整姿态的影响，本技术中的非球面面形的检测方法可以快速修改计算全息图和待检测结构之间的角度误差。
34.如图1至图9所示，非球面面形的检测方法包括：步骤s10：获取干涉出光结构100、计算全息结构30、待检测结构50和调整结构40，将干涉出光结构100、计算全息结构30、待检测结构50和调整结构40进行粗略对准；步骤s20：调整调整结构40和待检测结构50的位置，以将待检测结构50与干涉出光结构100进行精确对准；步骤s30：干涉出光结构100检测待检测结构50的非球面面形；其中，计算全息结构30为具有计算全息图33的结构。
35.在检测之前，将待检测结构50装配在调整结构40上，以使待检测结构50与调整结构40同步移动。将干涉出光结构100、计算全息结构30、待检测结构50和调整结构40进行粗略对准，以使得干涉出光结构100、计算全息结构30、待检测结构50和调整结构40同轴设置，且干涉出光结构100射出的干涉光能够照射到待检测结构50上，同时能够被待检测结构50反射到计算全息结构30上，计算全息结构30记录待检测结构50的面形。但是在粗略对准的情况下检测的误差较大，需要进行精确对准，在精确对准的过程中仅需要调整调整结构40的位置，以改变待检测结构50相对于计算全息结构30的位置，待精确对准完成后，干涉出光结构100检测待检测结构50的面形。
36.在进行粗略对准的过程中，需要调整计算全息结构30和调整结构40的位置，调整计算全息结构30的位置是便于计算全息结构30与干涉出光结构100对准，而在调整调整结
构40的位置时是便于计算全息结构30与待检测结构50对准。
37.在本实施例中，在将干涉出光结构100、计算全息结构30、待检测结构50和调整结构40进行粗略对准的过程中包括：将干涉出光结构100与计算全息结构30对准；将调整结构40与计算全息结构30对准，以将待检测结构50与计算全息结构30进行粗略对准。先将干涉出光结构100与计算全息结构30对准之后，再将调整结构40与计算全息结构30对准，以实现待检测结构50与计算全息结构30对准，同时与干涉出光结构100对准。
38.在一个具体的实施例中，在将干涉出光结构100与计算全息结构30对准的过程中包括：干涉出光结构100射出光线，计算全息结构30的反射区域35将光线反射到干涉出光结构100上；调整计算全息结构30的位置，直至将干涉条纹调至零条纹，完成计算全息结构30与干涉出光结构100的对准；其中，计算全息结构30被配置为具有用于透光的第一区域34、用于反光的反射区域35和用于透光的对准区域31。利用干涉光的特性，将干涉出光结构100与计算全息结构30对准，以使得干涉出光结构100输出光后能够照射到计算全息结构30上，而光从透过第一区域34射向待检测结构50进行检测，部分光被反射区域35反射以与入射光之间形成干涉条纹，调整计算全息结构30的位置，将干涉条纹调至成零条纹，完成干涉出光结构100与计算全息结构30的对准。
39.在将计算全息结构30与干涉出光结构100的位置对准后，将计算全息结构30与调整结构40对准。在将调整结构40与计算全息结构30对准，以将待检测结构50与计算全息结构30进行粗略对准的过程中包括：干涉出光结构100射出光线，计算全息结构30的对准区域31透过光线，调整调整结构40的位置，以使得透过对准区域31的光线能够透过调整结构40上的通孔41，实现待检测结构50与计算全息结构30的粗略对准。透过对准区域31的光线能够透过通孔41，就使得计算全息结构30与调整结构40进行初步对准，但是在此种情况下待检测结构50与计算全息结构30之间对准的精度较差，需要进一步进行调整。
40.在将调整结构40与干涉出光结构100进行粗略对准后进行精确对准。在调整调整结构40和待检测结构50的位置，以将待检测结构50与干涉出光结构100进行精确对准的过程中包括：调整调整结构40和待检测结构50的前后位置使得通孔41透过的光最细。在通孔41透过的光最细，或者说经通孔41透过的光形成的光斑的宽度最小时此时误差最小。
41.需要说明的是，在第一区域34的周围具有多个对准区域31，且调整结构40上具有多个通孔，多个对准区域31与多个通孔41一一对应配合，多个通孔41均透过光时，调整结构40与计算全息结构30之间完成了粗略对准。
42.优选地，对准区域31和通孔41的数量均为4个，且4个对准区域31分别设置在上下左右四个方向上，这样在调整结构40倾斜时，会有至少一个通孔41处透过的光发生变化，甚至是不能透过其中的某个通孔41，能够被快速观察到，有效减少了检测误差。
43.在本实施例中，在调整调整结构40和待检测结构50的前后位置使得通孔41透过的光最细的过程中包括：固定接收板60的位置，使得通孔41透过的光在接收板60上形成光斑；调整调整结构40和待检测结构50的前后位置，使光斑的宽度最小；其中，光斑的宽度最小时通孔41透过光最细。在接收板60位置被固定后，调整调整结构40沿光轴方向的位置，以使得在接收板上接收的光斑的宽度最小时，此时经过对准区域31投射的光标恰好会聚在调整结构40朝向接收板60的表面上。
44.在一个可选地实施例中，在接收板60上设置有用于测量的刻度，刻度用于测量光
斑的宽度，光斑的宽度小于刻度的单位刻度时为宽度最小。这样设置可以直接从接收板60上得到光斑的宽度，以便于对调整结构40的调整。单位刻度的大小可以根据实际的使用需求来进行设计。
45.当然，还可以是刻度的单位固定，在调整调整结构40的位置时，实时记录光斑的宽度的大小，记录光斑的宽度最小时调整结构40的位置。
46.需要说明的是，在调整调整结构40的前后位置时，光斑的宽度随着调整结构40的位置呈现先减小后增大的趋势，故光斑的宽度有一个最小值。
47.在另一个可选地实施例中，在接收板60上设置有多个平行的栅格线，光斑的宽度小于相邻两个栅格线之间的宽度时，光斑的宽度最小。当然，还可以是设置格栅线，而宽度小于相邻两个格栅线之间的距离时，就认为光斑达到了最小宽度。需要说明的是，多个栅格线之间等间隔设置，且栅格线之间的距离为预设距离，而预设距离的大小可以根据实际的使用需求来进行设计。
48.当然，还可以是相邻两个栅格线之间的距离是固定的，在调整调整结构40的位置时，实时记录光斑的宽度的大小，记录光斑的宽度最小时调整结构40的位置。
49.在另一个可选地实施例中，在接收板60上设置有用于检测光斑的宽度的传感器，传感器检测到光斑的宽度小于预设值时，为光斑的宽度最小。通过传感器进行检测光斑的宽度，能够保证检测精度。预设值的大小可以根据具体的使用需求来进行设计。
50.当然，在调整调整结构40的位置时，传感器实时记录光斑的宽度的大小，记录光斑的宽度最小时调整结构40的位置。用于检测非球面面形的检测装置采用上述非球面面形的检测方法对非球面结构进行检测，用于检测非球面面形的检测装置，干涉出光结构100，干涉出光结构100能够被配置为发射干涉光；计算全息结构30，具有用于透光的第一区域34、用于反光的反射区域35和用于透光的对准区域31；调整结构40，调整结构40用于装配待检测结构50，调整结构40具有与对准区域31配合的通孔41。
51.干涉出光结构100包括干涉仪10和标准镜20，干涉仪10用于产生干涉光，以便于后续利用干涉光能够产生干涉条纹的特性进行对准和检测。标准镜20能够提供不同光圈的球面波，以便于对不同的待检测结构50进行检测。计算全息结构30用来传递基准，同时用来检测。调整结构40主要用于调整待检测结构50在光路中的位置。而标准镜20、计算全息结构30、待检测结构50均在干涉仪10输出的光束的中心光轴上。通过在计算全息结构30上设置对准区域31，在待检测结构50上设置通孔41，在经过对准区域31处射出的光能够进入到通孔41内就使得计算全息结构30与调整结构40进行了对准，进而将待检测结构50与计算全息结构30进行了对准，保证了对待检测结构50检测的准确性。而通过设置对准区域31和通孔41配合，能够减少计算全息结构30与调整结构40之间调整的时间，还可以减少对准的误差。
52.需要说明的是，计算全息结构30是指具有计算全息图33的结构，或者说是记录有真实存在或虚拟物体的物光波的全部信息的全息图，而且再现具有物理景深效果能够裸眼观看，且能够被计算机解码的全息图，而其自身并不具有计算功能。具体来说，待检测结构50的一侧表面将光反射到计算全息图33上，计算全息图33记录被反射的信息，而在计算机解码后能够呈现三维的待检测结构50的面形信息。
53.如图1至图3所示，计算全息结构30包括调整架32和计算全息图33，计算全息图33设置在调整架32上，通过调整调整架32的位置调整计算全息图33的位置，计算全息图33具
有同轴设置的第一区域34和第二区域，第一区域34位于第二区域的内侧，或者说反射区域35和对准区域31形成了第二区域，反射区域35能够对光线进行反射以用于将计算全息结构30与干涉仪10对准，第一区域34能够对光线进行透射以检测待检测结构50的面形。在调整计算全息图33的位置时，用户通过拿取调整架32来进行移动，以减少对计算全息图33的碰撞，减少对计算全息图33的影响。在计算全息图33上设置有第一区域34和第二区域，第一区域34能够透射光，透过第一区域34的光能够照射到待检测结构50上，待检测结构50将光反射到计算全息图33上，并被计算全息图33记录。第二区域具有对准区域31和除对准区域31以外的反射区域35，反射区域能够对标准镜20射出的光进行反射，以便于将标准镜20与计算全息图33对准。在将标准镜20与计算全息图33对准的过程中，干涉仪10输出的光经标准镜20射到计算全息图33上，反射区域对光进行反射，反射后的光路回到干涉仪10中并形成干涉条纹，调整计算全息图33的位置，直至干涉条纹消失。
54.需要说明的是，反射区域35上设置有反射光栅，以实现反射作用。
55.如图2和图3所示，对准区域31为多个，多个对准区域31绕第一区域34的外周等间隔设置。这样设置使得对准区域31设置在多个位置和多个方向，以使计算全息图33在多个方向上与调整结构40对准，大大提升了计算全息图33与调整结构40之间的对准精度。
56.如图1、图2、图4和图5所示，调整结构40包括调整件42和调整工装43，调整工装43设置在调整件42上，调整工装43具有安装区域44，待检测结构50设置在安装区域44内，安装区域44与第一区域34对应，通孔41为多个，多个通孔41绕安装区域44的周向间隔设置，多个通孔41与多个对准区域31一一对应设置。安装区域44用于安装待检测结构50，以将待检测结构50限位在特定的区域，而多个通孔41绕安装区域44的周向间隔排布，以使得多个通孔41与多个对准区域31一一对应设置，进而将安装区域44与第一区域34对准，进而保证待检测结构50与第一区域34进行对准，减少检测过程中的误差。
57.优选地，多个通孔41等间隔设置。
58.可选地，调整工装43具有容纳凹槽，容纳凹槽内的区域为安装区域44，待检测结构50的至少一部分位于容纳凹槽内。调整工装43具有容纳凹槽，将待检测结构50容置在容纳凹槽内可以减少待检测结构50错位，在初期对准后，后期待检测结构50的位置也不易改变，有效减少了检测的误差。
59.需要说明的是，即使是调整工装43倾斜，只需要保证经对准区域31射出的光能够全部通过通孔41，待检测结构50就能够被第一区域34透光的光照射到，此时就是对准状态。
60.具体的，待检测结构50的非球面朝向计算全息结构30。待检测结构50的非球面朝向计算全息结构30，计算全息结构30能够对非球面的面形进行检测，当然还可以对自由曲面的面形进行检测。
61.可选地，通孔41的形状与对准区域31的形状相同。这样设置只有在通孔41与对准区域31完全对准后，显示的光斑的形状与通孔41的形状一致，可以通过看光斑的形状来初步判断通孔41与对准区域31是否对准，有效节省了判断时间。
62.可选地，通孔41可以为方形，也可以为圆形。
63.在图4所示的具体实施例中，通孔41为长条形孔，长条形孔可以是横着的“一”，也可以是竖着的“1”，当然，还可以是倾斜的。此时对准区域31也为长条形孔，当然，可以是横着的“一”，也可以是竖着的“1”，还可以是倾斜的。
64.在图5所示的具体实施例中，通孔41的形状还可以是十字型，与此对应的对准区域31也是十字型。
65.如图1和图2所示，透镜面形检测装置还包括接收板60，接收板60设置在调整结构40远离计算全息结构30的一侧，接收板60用于接收通孔41透过的光。接收板60能够接收通孔41透过的光，以在接收板60上形成光斑，通过观察光斑来判断计算全息图33与待检测结构50是否对准，减少了光照射到人眼，减少了对眼睛的损害。同时接收板60的设置能够直观的观察到光斑，便于观察人员进行观察。
66.需要说明的是，接收板60可以是纸张、纸板等。
67.如图2所示，干涉仪10与标准镜20连接。干涉仪10与标准镜20连接在一起这样无需调整干涉仪10与标准镜20之间的对准，减少了工作流程，增加了工作效率。
68.在图6所示的具体实施例中，为透镜面形检测装置检测离轴凹非球面的光路。
69.在图8所示的具体实施例中，为透镜面形检测装置检测离轴凸非球面的光路，在本实施例中，由于光路较短，在凸非球面检测过程中，更有利于检测人员迅速把光路调整到最佳位置。
70.当然，本技术中的结构还可以检测同轴非球面的面形。
71.显然，上述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。
72.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。
73.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”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，以便这里描述的本技术的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
74.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。