CN109708591A - 一种非球面光学元件的检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非球面光学元件的检测装置，包括波前传感器或干涉仪、分光镜和硅基液晶，硅基液晶为反射型硅基液晶；波前传感器或干涉仪发出的激光经光阑后照射到分光镜上，经折射后射入硅基液晶中，光经过硅基液晶反射后再次通过分光镜照射到非球面光学元件上，光经过非球面光学元件的反射后依次经过硅基液晶的反射和分光镜的折射后进入波前传感器或干涉仪中，被其中的显示装置接收形成干涉图像。本发明检测装置采用硅基液晶替代计算全息法中的全息片，大大提高了检测装置的应用范围，具有通用性广的优点，对于不同的非球面光学元件均可进行面形检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种非球面光学元件的检测装置，属于光学检测技术领域。
背景技术
随着现代光学工程技术的发展，光学元件应用领域愈加广泛。由于人们对于光学系统的要求越来越高，在光学系统中使用非球面光学元件，不仅能增加光学设计的自由度，有利于像差校正、改善像质、提高光学系统性能，而且还能够减少光学元件的数量和重量，简化仪器结构，大大减少系统的尺寸和重量，降低成本。基于非球面光学元件的上述优点，很多光学系统中己广泛使用非球面光学元件代替球面光学元件，成为起支撑作用的关键部件。小到普通的眼镜镜片，大到照相透镜、平板印刷系统、天文望远镜等复杂的光学系统。
在研磨期，非球面光学元件与其理论面形的偏差很大，一般采用普通的接触式轮廓仪对其面形进行初步检测。在研磨后期以及粗抛光阶段，非球面光学元件表面与理想面形之间仍然存在较大偏差，但接触式轮廓仪等方法由于容易划伤元件表面，且精度受限，已无法满足加工要求。同时，由于此时非球面光学元件表面的反射率较低，因此可以利用激光跟踪仪或非接触式Shack-Hartmann波前传感器法、朗奇光栅法等对其面形进行测量。精密抛光阶段的非球面光学元件表面光滑，具有较好的反射率，其与理论面形之间的误差较小，主要采用非接触的干涉法进行面形检测。目前应用最广泛、测量精度最高的就是零位补偿法，其又可以分成用补偿器的零位补偿和计算全息(CGH)的零位补偿。特别是计算全息法(CGH)，目前已经成为非球面光学元件检测的主流。
计算全息法(CGH)最大的优点是在测量时不需要非球面光学元件实体的存在，只需要通过计算编码就可以得到任意波前进行非球面测量，而且测量精度高。CGH是利用光的衍射效应实现对被测非球面像差的补偿，当从干涉仪和标准镜头出来的球面波前或平面波前通过CGH时，根据全息片上刻蚀的条纹位置和条纹间距的不同，波前会发生衍射效应，将球面波前或平面波前变为非球面波前，从而实现对非球面的零位检测。但是该方法的通用性很差，每一个计算全息对应的全息片只能检测唯一与之对应的非球面光学元件。如果用光敏材料作为介质，制作周期会很长，材料的缺陷会影响测量精度；目前用电子束直写系统在玻璃上镀铬或刻蚀则需要专业的直写设备，导致成本非常高。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种非球面光学元件的检测装置，该检测装置采用硅基液晶替代计算全息法中的全息片，大大提高了检测装置的应用范围，具有通用性广的优点，对于不同的非球面光学元件均可进行面形检测。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种非球面光学元件的检测装置，包括波前传感器或干涉仪、分光镜和硅基液晶，硅基液晶为反射型硅基液晶；波前传感器或干涉仪发出的激光经光阑后照射到分光镜上，经折射后射入硅基液晶中，光经过硅基液晶反射后再次通过分光镜照射到非球面光学元件上，光经过非球面光学元件的反射后依次经过硅基液晶的反射和分光镜的折射后进入波前传感器或干涉仪中，形成的干涉图像被波前传感器或干涉仪中的显示装置接收。
一种非球面光学元件的检测装置，包括波前传感器或干涉仪以及硅基液晶，硅基液晶为透射型硅基液晶；波前传感器或干涉仪发出的激光经光阑后，从硅基液晶透射照射到非球面光学元件上，光经过非球面光学元件的反射后穿过硅基液晶进入波前传感器或干涉仪中，形成的干涉图像被波前传感器或干涉仪中的显示装置接收。
其中，反射型硅基液晶包括上基板、下基板和位于上下基板之间的液晶层，其中，上基板为玻璃基板，下基板为CMOS基板，CMOS基板为涂有液晶硅的CMOS集成电路芯片，CMOS基板上表面涂覆有铝层作为反射镜；玻璃基板下设有ITO导电薄膜。
其中，透射型硅基液晶包括玻璃基板、液晶层和CMOS基板，玻璃基板下设有ITO导电薄膜；其中，CMOS基板为涂有液晶硅的CMOS集成电路芯片，CMOS基板设置在液晶层的四周(外围)。
其中，还包括计算机，计算机与硅基液晶连接；所述CMOS集成电路芯片(控制芯片)含有驱动电路，计算机将每个像素所需要的外加电压大小传输给CMOS集成电路芯片(控制芯片)，控制芯片通过驱动电路驱动每个像素的电压，从而得到每个像素所需要的相位。
与现有技术相比，本发明技术方案具有的有益效果是：
现有技术的计算全息法对应不同的非球面光学元件，能够得出不同的波形图，从而得到不同的相位图，根据不同的相位图从而制出的全息片上刻蚀的条纹位置和条纹间距不同，因此每一个计算全息对应的全息片只能检测唯一与之对应的非球面光学元件，存在通用性差的问题；本发明检测装置采用硅基液晶替代计算全息法中的全息片，大大提高了检测装置的应用范围，具有通用性广的优点，本发明检测装置对应不同的非球面光学元件，计算出得到对应的波形图后，根据波形图能够得到每个像素所需要的相位，根据每个像素所需要的相位能够计算出每个像素所需要的外加电压大小，计算机将每个像素所需要的电压传输给CMOS集成电路芯片(控制芯片)，控制芯片通过驱动电路驱动每个像素的电压，从而得到每个像素所需要的相位，从而实现将球面波前或平面波前变为非球面波前，从而实现LCOS对入射光波阵面的相位调制，进而实现对非球面光学元件面形的精确检测。
附图说明
图1为反射型硅基液晶的结构示意图；
图2为基于反射型硅基液晶的非球面光学元件的检测装置的结构原理图；
图3为透射型硅基液晶的结构示意图；
图4为基于透射型硅基液晶的非球面光学元件的检测装置的结构原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案做进一步说明。
实施例1
如图1～2所示，本发明非球面光学元件的检测装置，包括波前传感器或干涉仪、分光镜和硅基液晶，硅基液晶为反射型硅基液晶；波前传感器或干涉仪发出的激光经光阑后照射到分光镜上，经折射后射入硅基液晶中，光经过硅基液晶反射后再次通过分光镜照射到非球面光学元件上，光经过非球面光学元件的反射后依次经过硅基液晶的反射和分光镜的折射后进入波前传感器或干涉仪中，形成的图像被波前传感器或干涉仪中的显示装置接收，将该图像与标准图像比对，即可知道待检测的非球面光学元件面形是否符合要求。
其中，反射型硅基液晶包括上基板、下基板和位于上下基板之间的液晶层，其中，上基板为玻璃基板，下基板为CMOS基板，CMOS基板为涂有液晶硅的CMOS集成电路芯片，CMOS基板表面涂覆有铝层作为反射镜；玻璃基板下设有ITO导电薄膜。
反射型硅基液晶包还包括位于最下层由晶体管和电容组成的硅基板，其中金属和绝缘体形成特性电路，液晶层在像素的上面，玻璃基板下面的ITO导电薄膜是一层光学上透明而导电的材料。入射光透过玻璃基板和液晶层，由第三层金属层(铝层)反射回去。
当从干涉仪和标准镜头出来的球面波前或平面波前通过反射型硅基液晶时，波前会发生衍射效应，将球面波前或平面波前变为非球面波前，从而实现对非球面光学元件的零位检测。
根据不同的非球面光学元件，将特定的球面波前变成对应该非球面光学元件的非球面波前，可以通过计算得到对应的波形图，根据波形图能够计算出所需要的相位图，当光通过该相位对应的液晶层时，波前会发生衍射效应，从而将球面波前或平面波前变为该非球面光学元件所需的非球面波前，实现对非球面光学元件的零位检测。
实施例2
如图3～4所示，本发明非球面光学元件的检测装置，包括波前传感器或干涉仪以及硅基液晶，硅基液晶为透射型硅基液晶；波前传感器或干涉仪发出的激光经光阑后，从硅基液晶透射照射到非球面光学元件上，光经过非球面光学元件的反射后穿过硅基液晶进入波前传感器或干涉仪中，形成的图像被波前传感器或干涉仪中的显示装置接收，将该图像与标准图像比对，即可知道待检测的非球面光学元件面形是否符合要求。
透射型硅基液晶包括玻璃基板、液晶层和CMOS基板，玻璃基板下设有ITO导电薄膜；其中，CMOS基板为涂有液晶硅的CMOS集成电路芯片，CMOS基板设置在液晶层的外围。
玻璃基板在最上层，玻璃基板下面是液晶层，控制电路不在液晶层的下面，而是在液晶层四周，这样，光就可以透过玻璃基板与液晶层到达非球面光学元件。
当从干涉仪和标准镜头出来的球面波前或平面波前通过透射型硅基液晶时，波前会发生衍射效应，将球面波前或平面波前变为非球面波前，从而实现对非球面光学元件的零位检测。
硅基液晶(LCOS)有着价格低、易控制等优点，将其作为计算全息图的记录介质，在实时性上会有很大的优势，为实时检测非球面光学元件面型提供了新的思路。利用液晶分子的电控双折射特性，在外加电压的作用下，空间光调制器中的液晶分子指向矢发生改变。随着液晶空间光调制器液晶分子方向的变化，液晶的折射率也发生变化，从而实现对入射光波波前的调试；通过计算机对光波阵面在空间和时间上的计算，得到对应该非球面光学元件的非球面波前，即得到对应的波形图，根据波形图能够计算出所需要的相位图，通过相位图得到控制各像素外加电压的大小，从而实现将球面波前或平面波前变为非球面波前的调制。
本发明装置以硅基液晶为介质，利用液晶的偏转改变输出光的某种光学特性。它采用具有双折射性质的液晶材料作为调光介质。当施加驱动电压后，液晶分子将按照特定的形态进行排布，导致器件的有效双折射率发生改变，从而实现对光波位相的调制。其中基于硅基液晶的液晶空间光调制器分辨率高、像素尺寸小、衍射效率高，硅基液晶(LCOS)作为一种离散结构的光波前调制器，集液晶显示技术与硅芯片技术，通过计算机接口标准图形信号来控制和驱动每个像素加载电压，具有衍射效率高、定位精准、功耗低、调制灵活等特点，正逐步取代传统的光学元件，成为实时光学信息处理、光计算系统中的关键器件。
Claims (5)
1.一种非球面光学元件的检测装置，其特征在于：包括波前传感器或干涉仪、分光镜和硅基液晶，硅基液晶为反射型硅基液晶；波前传感器或干涉仪发出的激光经光阑后照射到分光镜上，经折射后射入硅基液晶中，光经过硅基液晶反射后再次通过分光镜照射到非球面光学元件上，光经过非球面光学元件的反射后依次经过硅基液晶的反射和分光镜的折射后进入波前传感器或干涉仪中，形成的像被其中的显示装置接收。
2.一种非球面光学元件的检测装置，其特征在于：包括波前传感器或干涉仪以及硅基液晶，硅基液晶为透射型硅基液晶；波前传感器或干涉仪发出的激光经光阑后，从硅基液晶透射照射到非球面光学元件上，光经过非球面光学元件的反射后穿过硅基液晶进入波前传感器或干涉仪中，形成的像被其中的显示装置接收。
3.根据权利要求1所述的非球面光学元件的检测装置，其特征在于：反射型硅基液晶包括上基板、下基板和位于上下基板之间的液晶层，其中，上基板为玻璃基板，下基板为CMOS基板，CMOS基板为涂有液晶硅的CMOS集成电路芯片，CMOS基板上表面涂覆有铝层作为反射镜；玻璃基板下设有ITO导电薄膜。
4.根据权利要求2所述的非球面光学元件的检测装置，其特征在于：透射型硅基液晶包括玻璃基板、液晶层和CMOS基板，玻璃基板下设有ITO导电薄膜；其中，CMOS基板为涂有液晶硅的CMOS集成电路芯片，CMOS基板设置在液晶层的四周。
5.根据权利要求3或4所述的非球面光学元件的检测装置，其特征在于：还包括与硅基液晶连接的计算机；CMOS集成电路芯片含有驱动电路，计算机将每个像素所需要的外加电压大小传输给CMOS集成电路芯片，CMOS集成电路芯片通过驱动电路驱动每个像素的电压，从而得到每个像素所需要的相位。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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