可视化超大尺寸光学平面检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种可视化超大尺寸光学平面检测装置及方法，在该装置中，相互正交的线偏振光光束经过第一扩束系统进行扩束后，通过偏振分光棱镜分成第一S偏振光和第一P偏振光；第一S偏振光经过第一四分之一波片和参考反射镜后回到偏振分光棱镜；第一P偏振光经过第二四分之一波片、扫描系统、第二扩束系统、待测光学平面后回到偏振分光棱镜；两束光束经过合束后又经过分光镜的作用分成第一子光束和第二子光束；第一子光束依次经过第三四分之一波片、第二偏振片后在第一光电探测器上形成全息图像；第二子光束依次经过第一偏振片、第三扩束系统后被第二光电探测器接收形成测量信号，从而可以基于全息图像和测量信号计算待测光学平面的平面度误差。学平面的平面度误差。学平面的平面度误差。

【技术实现步骤摘要】
可视化超大尺寸光学平面检测装置及方法


[0001]本专利技术涉及光学
，尤其涉及一种可视化超大尺寸光学平面检测装置及方法。

技术介绍

[0002]随着光电相关技术的日益发展，精密加工水平的迅速提高和空间光学、大型激光装置等领域的要求日趋严格，大尺寸光学系统的应用越来越广泛。因而能够在满足几百毫米至米级的测量范围的情况下，实现对光学平面亚微米/纳米量级精确测量是必须要加以解决的一个重要问题。
[0003]目前，对于超大尺寸光学平面的检测方法包括直接测量法、刀口阴影法、干涉法、干涉仪子孔径拼接/扫描法等。直接测量法通过使用如探针或测微头等接触式探测装置结合三维精密移动装置，对光学平面进行驻点测量然后进行数据处理重构整个面型。直接测量法的好处在于可以测量任意大小的光学平面，但是其测量精度受制于测量系统的移动精度，测量精度较低。刀口阴影法利用阴影法检测光学平面的参数，该方法的测量精度和检验者的肉眼判断有关，具有很强的主观性，难以对光学平面进行高精度定量检测。干涉仪法通过测量待测平面与参考标准平面的干涉图案，进而测量相应面形，可以获得可靠的高精度，但是其需要大口径且高质量的标准平面，测量范围因为干涉仪口径因素相对有限。一般的干涉测量法同样需要高质量的标准平面，这也限制了其测量结果的精度，测量范围也相对较小。干涉仪子孔径拼接/扫描法尽管可以获得更大的测量范围，但是其测量时间相对较长，测量精度也相对较低。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供一种可视化超大尺寸光学平面检测装置及方法，用以解决现有扫描检测技术中，测量时间长、测量精度相对较低的问题。
[0005]根据本专利技术实施例的可视化超大尺寸光学平面检测装置，包括：双频激光器、第一扩束系统、偏振分光棱镜、第一四分之一波片、参考反射镜、第二四分之一波片、扫描系统、第二扩束系统、分光镜、第三四分之一波片、第二偏振片、第一光电探测器、第一偏振片、第三扩束系统、第二光电探测器，所述第二光电探测器在所述可视化超大尺寸光学平面检测装置中的位置可变，所述扫描系统包括相互配合的第一五角棱镜和第二五角棱镜；
[0006]所述双频激光器用于输出一对相互正交的线偏振光光束；
[0007]所述第一扩束系统用于对所述一对相互正交的线偏振光光束进行扩束，以形成扩束平行光；
[0008]偏振分光棱镜用于将所述扩束平行光分成第一S偏振光和第一P偏振光两部分；
[0009]所述第一S偏振光依次经过所述第一四分之一波片和所述参考反射镜的作用后回到所述偏振分光棱镜；
[0010]所述第一P偏振光依次经过所述第二四分之一波片、所述扫描系统、第二扩束系
统、以及待测光学平面的作用后回到所述偏振分光棱镜；
[0011]回到所述偏振分光棱镜的两束光束经过合束后经过所述分光镜的作用分成第一子光束和第二子光束；
[0012]所述第一子光束依次经过所述第三四分之一波片、所述第二偏振片后在所述第一光电探测器上形成反应待测光学平面上平面度变化的全息图像；
[0013]所述第二子光束依次经过所述第一偏振片、所述第三扩束系统后被所述第二光电探测器接收形成测量信号；
[0014]计算单元，用于基于所述全息图像和所述测量信号计算所述待测光学平面的平面度误差。
[0015]根据本专利技术的一些实施例，所述装置还包括：
[0016]聚焦透镜，用于将所述第一四分之一波片输出的光束聚焦至所述参考反射镜。
[0017]根据本专利技术的一些实施例，所述第一扩束系统包括依次设置在所述线偏振光光束传输光路上的第一光学透镜、针孔滤波器和第二光学透镜；
[0018]所述第一光学透镜的像方焦点和所述第二光学透镜的物方焦点重合，所述第二光学透镜的焦距大于所述第一光学透镜的焦距，所述针孔滤波器中心处设置的小孔的圆心与所述第一光学透镜的像方焦点重合。
[0019]根据本专利技术的一些实施例，所述第二扩束系统包括第三光学透镜和第四光学透镜。
[0020]根据本专利技术的一些实施例，所述第一五角棱镜和所述第二五角棱镜均对入射的光束进行两次反射后出射；
[0021]所述第一五角棱镜的出射面和所述第二五角棱镜的入射面在扫描过程中始终保持平行。
[0022]根据本专利技术的一些实施例，所述第二扩束系统始终位于所述第二五角棱镜出射面正下方。
[0023]根据本专利技术的一些实施例，所述第三扩束系统包括第五光学透镜和第六光学透镜。
[0024]根据本专利技术的一些实施例，所述装置还包括：
[0025]二维移动平台，用于安装所述第二光电探测器，并带动所述第二光电探测器运动。
[0026]根据本专利技术的一些实施例，所述双频激光器为横向塞曼稳频双频He
‑
Ne激光器。
[0027]根据本专利技术实施例的可视化超大尺寸光学平面检测方法，所述方法基于如上所述的可视化超大尺寸光学平面检测装置实现；
[0028]所述方法包括：
[0029]打开双频激光器，以通过第一光电探测器获取待测光学平面的全息图像；
[0030]基于所述全息图像，移动所述第二光电探测器，以获取所述全息图像上图像灰度值变化明显处的测量信号；
[0031]基于所述全息图像和所述测量信号，计算所述待测光学平面的平面度误差。
[0032]采用本专利技术实施例，具有如下有益效果：
[0033]到达待测光学平面的光束是经过两次扩束后的光束，直径较大，一次能检测较大面积的待测光学平面，减少了完整扫描整个光学平面的时间，提高了实时性；
[0034]第一光电探测器采集到的图像，根据全息干涉原理，其干涉图像的灰度值直观反映待测光学平面上的平面度变化，从而可以帮助快速定位待测光学平面的平面度误差点位置。只需根据第一光电探测器显示的待测光学平面上的平面度变化趋势，快速通过移动第二光电探测器采集相应的平面度变化点的相位信息，无需通过第二光电探测器求取整个光学平面每个点的平面度误差。通过两者结合可快速得到待测光学平面上的平面度信息；
[0035]第一五角棱镜与第二五角棱镜组成的扫描系统对入射角飘移不敏感，不产生不确定系统误差，实现了扫描过程的平稳性。同时可在极坐标下，实现对于不同大小、形状的待测光学平面的整体扫描。
[0036]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。
附图说明
[0037]通过阅读下文实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。在附图中：
[0038]图1是本专利技术实施例中可视化超大尺寸光学平面检测装置结构组成示意图。
[0039]附图标记：
[0040]双频激光器101，第一光学透镜102，针孔滤波器103，第二光学透本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可视化超大尺寸光学平面检测装置，其特征在于，包括：双频激光器、第一扩束系统、偏振分光棱镜、第一四分之一波片、参考反射镜、第二四分之一波片、扫描系统、第二扩束系统、分光镜、第三四分之一波片、第二偏振片、第一光电探测器、第一偏振片、第三扩束系统、第二光电探测器，所述第二光电探测器在所述可视化超大尺寸光学平面检测装置中的位置可变，所述扫描系统包括相互配合的第一五角棱镜和第二五角棱镜；所述双频激光器用于输出一对相互正交的线偏振光光束；所述第一扩束系统用于对所述一对相互正交的线偏振光光束进行扩束，以形成扩束平行光；偏振分光棱镜用于将所述扩束平行光分成第一S偏振光和第一P偏振光两部分；所述第一S偏振光依次经过所述第一四分之一波片和所述参考反射镜的作用后回到所述偏振分光棱镜；所述第一P偏振光依次经过所述第二四分之一波片、所述扫描系统、第二扩束系统、以及待测光学平面的作用后回到所述偏振分光棱镜；回到所述偏振分光棱镜的两束光束经过合束后经过所述分光镜的作用分成第一子光束和第二子光束；所述第一子光束依次经过所述第三四分之一波片、所述第二偏振片后在所述第一光电探测器上形成反应待测光学平面上平面度变化的全息图像；所述第二子光束依次经过所述第一偏振片、所述第三扩束系统后被所述第二光电探测器接收形成测量信号；计算单元，用于基于所述全息图像和所述测量信号计算所述待测光学平面的平面度误差。2.如权利要求1所述的可视化超大尺寸光学平面检测装置，其特征在于，还包括：聚焦透镜，用于将所述第一四分之一波片输出的光束聚焦至所述参考反射镜。3.如权利要求1所述的可视化超大尺寸光学平面检测装置，其特征在于，所述第一扩束系统包括依次设置在所述线偏振光光束传输光路上的第一光学透镜、针孔滤...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔祥悦，栗洋洋，彭晴晴，陈强华，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十一研究所，
类型：发明
国别省市：