CN113295386B - 一种光学镜片检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于光学检测技术领域，提供了一种光学镜片检测系统及检测方法，干涉仪发出的球面波经干涉仪透镜聚焦于第一焦点，分光镜置于干涉仪的出光光路，用于将经待检镜反射回的一束光按照原出射光路反射至干涉仪中，形成的干涉条纹用于指导待检镜的精加工；另一束光透过分光镜后汇聚于第二焦点；朗奇光栅置于分光镜的透射光路中，不与第二焦点位置重合；经朗奇光栅调制后的光束入射至成像镜组，形成朗奇光栅条纹，用于检测待检镜的面型的粗加工缺陷。本发明使得同一光路中可同时采用朗奇光栅与干涉仪进行检测，不但能够对加工过程的粗加工进行检测，也可对精抛光过程进行检测，二者的检测结果可实时对比校正。

Description

一种光学镜片检测系统及检测方法

技术领域

本发明属于光学检测技术领域，具体涉及一种朗奇光栅与干涉仪结合的球面或非球面镜检测系统及检测方法。

背景技术

大口径非球面镜在航天、天文观测、靶场测量等领域有着广泛的应用，目前大口径非球面镜的口径越来越大，对大口径非球面镜的加工、检测的要求也越来越高。非球面镜的加工包括粗加工与精抛光等步骤，其加工过程检测也需要实时跟进。

目前对大口径非球面反射镜的检测主要方式包括三坐标法、哈德曼法、CGH法、干涉仪法等。三坐标检测对镜片的口径要求有一定限制，而且耗时较长，CGH法受工艺精度影响较大，哈德曼与干涉仪检测精度高，但量程较小，在粗加工阶段，面型粗糙度大，哈德曼与干涉仪检测较困难。朗奇(Ronchi)光栅检测法可通过调节光栅的频率实现从精磨至初抛光过程的检测，适合粗加工过程的指导检测，但在后期精抛光时，难以定量测试面型参数，需要干涉仪进行测量。粗加工与精加工需要两套检测设备，更换检测设备，有时需要移动被检反射镜至特定检测区域，耗时费力且风险较大。更换检测设备需要重新对准光轴，过程耗时。非球面镜从粗加工至精加工过程采用一套检测系统的方法与设备较少。

发明内容

本发明为了解粗加工与精加工检测需要更换检测设备或移动待检镜的问题，提出了一种光学镜片检测系统及检测方法，在同一光路中可同时采用朗奇光栅与干涉仪进行检测，不但能够对球面或非球面镜片加工过程的粗加工进行检测，也可对精抛光过程进行检测，二者的检测结果可实时对比校正。为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

一种光学镜片检测系统，包括：干涉仪、干涉仪透镜、分光镜、朗奇光栅和成像镜组；

干涉仪透镜用于将干涉仪发出的球面波聚焦于第一焦点；

分光镜置于干涉仪的出光光路，用于将经待检镜反射回的光束分为第一光束和第二光束；第一光束按照原出射光路反射至干涉仪，在干涉仪中形成的干涉条纹用于指导待检镜的精加工；第二光束透过分光镜后汇聚于第二焦点；

朗奇光栅置于分光镜的透射光路中，不与第二焦点位置重合；

经朗奇光栅调制后的光束入射至成像镜组，形成朗奇光栅条纹，用于确定待检镜的面型的粗加工缺陷。

优选地，第一焦点与第二焦点共轭。

优选地，干涉仪透镜的F数与待检镜的F数匹配。

优选地，朗奇光栅为一维光栅、二维光栅、矩形孔光栅或圆形孔光栅。

优选地，分光镜为分光棱镜或者平板分光镜。

优选地，平板分光镜法线与原出射光路之间存在夹角，夹角为45°。

优选地，光学镜片检测系统还包括置于待检镜与分光镜之间的补偿器；补偿器将球面波转换为非球面波，用于检验非球面待检镜。

优选地，非球面待检镜与补偿器组合形成的第三焦点与第一焦点的位置相同；成像镜组与补偿器共同对非球面待检镜成像。

优选地，光学镜片检测系统还包括用于对朗奇光栅条纹成像的探测器。

一种光学镜片检测方法，应用于上述的光学镜片检测系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1、调整光路使干涉仪发出的球面波与被待检镜反射后的，经分光镜二次反射的光束重合；

S2、在第二焦点前后调节朗奇光栅，使探测器上的朗奇光栅条纹成像清晰。

本发明能够取得以下技术效果：

1、本发明通过将朗奇光栅检测系统与干涉仪检测系统结合，充分利用了干涉仪光源实现朗奇光栅检测系统与干涉仪系统同时检测待检镜。

2、在粗磨阶段，用朗奇光栅系统进行过程检测，随着加工精度的提高，通过更换高密度光栅，提高检测精度。

3、当待检镜面的加工精度提高至干涉仪的检测范围内时，通过读取干涉仪的检测结果判断待检镜面的加工精度，整个检测系统采用同一光源，可以同时对待检镜进行检测，互相对比校正，对整个镜面加工过程进行实时检测，避免了不同检测系统进行检测时多次光轴对准与大口径镜面的移动，提高了检测效率、精简了检测系统的结构。

附图说明

图1是本发明一个实施例的一种光学镜片检测系统待检镜为球面镜的检测光路原理图；

图2a是本发明一个实施例的一维光栅结构的示意图；

图2b是本发明一个实施例的二维光栅结构的示意图；

图2c是本发明一个实施例的矩形孔光栅结构的示意图；

图2d是本发明一个实施例的圆形孔光栅结构的示意图；

图3是本发明一个实施例的一种光学镜片检测方法的流程图；

图4是本发明一个实施例的一种光学镜片检测系统待检镜为非球面镜的检测光路原理图。

附图标记：

干涉仪1、干涉仪透镜2、待检镜3、补偿器4、分光镜5、

朗奇光栅6、成像镜组7、探测器8。

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。

本发明的目的是提供一种光学镜片检测系统及检测方法，该系统和方法能够同时完成对大口径球面镜或非球面镜粗加工至精抛光过程的检测。

下面将对本发明提供的光学镜片检测系统及检测方法，通过具体实施例来进行详细说明。

在本发明的一个实施例中，参见图1所示的待检镜为球面镜时的检测光路示意图，干涉仪1发出的球面波经干涉仪透镜2汇聚于第一焦点，该第一焦点为干涉仪1的焦点a′，焦点a′同时为待检镜3的焦点，干涉仪1发出的球面波被分光镜5反射到达待检镜3，光束被待检镜3反射并沿原光路入射至分光镜5后，分为两路光，一路反射至干涉仪1，并在干涉仪1内部形成干涉条纹，另一路透过分光镜5，聚焦在焦点b′，焦点b′与焦点a′均为待检镜3的焦点；朗奇光栅6的位置不与焦点b′重合，光束透过朗奇光栅6后再经成像镜组7在探测器8的靶面上形成朗奇光栅条纹。

在本发明的一个优选实施例中，为满足成像要求以及检测需求，确保检测精度，焦点a′与焦点b′共轭，干涉仪透镜2的F数与待检镜3的F数匹配。

在本发明的一个优选实施例中，朗奇光栅6的离焦量与其频率、线宽有关，离焦量越大，探测器8上的条纹越密集。因此，检测精度与量程取决于朗奇光栅6的频率，低频用于粗检，高频用于精检。

图2a-图2d示出了四种朗奇光栅的结构，图2a为一维光栅、图2b为二维光栅、图2c为图矩形孔光栅、图2d为圆形孔光栅，每种结构具有不同的功能：

一维光栅能够测试待检镜3的一个维度的面型信息，因此测试时首先获取沿着一维光栅缝隙方向上的一个维度的面型信息，然后旋转90°测试另一维度的面型信息；

二维光栅可同时测试待检镜3的两个维度的面型信息；

矩形孔光栅与圆形孔光栅为孔径光栅，在测试待检镜3的两个维度的面型信息的同时还可测试待检镜3的像散等参数。

在本发明的一个优选实施例中，分光镜5为平板分光镜，此时分光镜5与原出射光路之间存在45°夹角，分光镜5还可以是分光棱镜。

图4示出了待测镜3为非球面镜时的检测光路原理图，此时成像镜组7和补偿器4共同对待检镜3成像，参照图4：

干涉仪1发出的球面波经干涉仪透镜2聚焦于第一焦点，该第一焦点为干涉仪1的焦点a，焦点a的位置与待检镜3和补偿器4组合形成的第三焦点重合；干涉仪1发出的球面波被分光镜5反射，经补偿器4到达待检镜3，光束被待检镜3反射并沿原光路入射至分光镜5后，分成两路光，一路反射至干涉仪1，并在干涉仪1内部形成干涉条纹，另一路透过分光镜5，聚焦在第二焦点，记为焦点b；朗奇光栅6的位置不与焦点b重合，光束透过朗奇光栅6后再经成像镜组7在探测器8的靶面上形成朗奇光栅条纹。

图3示出了利用本发明的光学镜片检测系统的光学镜片检测方法流程：

S1、搭建光路，调整光路使干涉仪1发出的光束与经待检镜3反射后被分光镜5二次反射回干涉仪1的光束重合，并在干涉仪1内部形成清晰的干涉条纹；

在本发明的另一个优选实施例中，如果待检镜3为非球面镜，选取匹配的补偿器4并置于待检镜3与分光镜5间；调节光路，使待检镜3与补偿器4组合形成的第三焦点位置与焦点a的位置相同。

S2、选取朗奇光栅6并置于焦点b或焦点b′附近，调节其位置使其在探测器8上的朗奇光栅条纹成像清晰。

在本发明的一个优选实施例中，利用朗奇光栅系统进行加工过程的检测时，通过判断朗奇光栅条纹的形状来确定待检镜3的面型加工缺陷，随着加工精度的提高，更换高密度光栅，以提高检测精度，当面型加工至干涉仪1的检测范围内时，利用干涉仪1的干涉条纹能够精确地指导待检镜3的加工方向。

本发明光学镜片检测系统能够指导大口径非球面镜或球面镜从粗磨至精抛光整个过程的加工，减少了利用不同系统检测光路精加工和粗加工时找正、调整的步骤，提高了效率与检测系统的稳定性；

同时利用干涉仪1对朗奇光栅6的检测光路实时矫正，使检测结果更加可靠，对于未镀膜或反射率极低的待检镜3，无需抑制光栅0级衍，仍能确保检测的光能量充足，检测对比度高；

采用干涉测量检测待检镜3的相位时，对环境的适应性较高，无需其它高精度镜片或设备作为辅助检测元件。

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。

Claims (8)

1.一种光学镜片检测方法，基于光学镜片检测系统进行实现，所述光学镜片检测系统包括：干涉仪、干涉仪透镜、分光镜、朗奇光栅和成像镜组；

所述干涉仪透镜用于将所述干涉仪发出的球面波聚焦于第一焦点；

所述分光镜置于所述干涉仪的出光光路，用于将经待检镜反射回的光束分为第一光束和第二光束；所述第一光束按照原出射光路反射至所述干涉仪，在所述干涉仪中形成的干涉条纹用于指导所述待检镜的精加工；所述第二光束透过所述分光镜后汇聚于第二焦点；

所述朗奇光栅置于所述分光镜的透射光路中，不与所述第二焦点位置重合；

所述光学镜片检测系统还包括置于所述待检镜与所述分光镜之间的补偿器；所述补偿器将所述球面波转换为非球面波，用于检验非球面待检镜；

经所述朗奇光栅调制后的光束入射至所述成像镜组，形成朗奇光栅条纹，通过观察朗奇光栅条纹的形状来直接判断所述待检镜的面型的粗加工缺陷，所述光学镜片的检测精度与量程取决于所述朗奇光栅的频率，低频的朗奇光栅用于对所述光学镜片进行粗检，高频的朗奇光栅用于对所述光学镜片进行精检；

其特征在于，所述光学镜片检测方法包括以下步骤：

S1、调整光路使所述干涉仪发出的所述球面波与被所述待检镜反射后的，经所述分光镜二次反射的光束重合；

S2、在所述第二焦点前后调节所述朗奇光栅，使探测器上的所述朗奇光栅条纹成像清晰。

2.根据权利要求1所述的光学镜片检测方法，其特征在于，所述第一焦点与所述第二焦点共轭。

3.根据权利要求1所述的光学镜片检测方法，其特征在于，所述干涉仪透镜的F数与所述待检镜的F数匹配。

4.根据权利要求1所述的光学镜片检测方法，其特征在于，所述朗奇光栅为一维光栅、二维光栅、矩形孔光栅或圆形孔光栅。

5.根据权利要求1所述的光学镜片检测方法，其特征在于，所述分光镜为分光棱镜或者平板分光镜。

6.根据权利要求5所述的光学镜片检测方法，其特征在于，所述平板分光镜法线与所述原出射光路之间存在夹角，所述夹角为45°。

7.根据权利要求6所述的光学镜片检测方法，其特征在于，所述非球面待检镜与所述补偿器组合形成的第三焦点与所述第一焦点的位置相同；所述成像镜组与所述补偿器共同对所述非球面待检镜成像。

8.根据权利要求1所述的光学镜片检测方法，其特征在于，所述光学镜片检测系统还包括用于对所述朗奇光栅条纹成像的探测器。

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