[发明专利]一种大型镜面大误差范围相位恢复检测装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学测试技术，特别是涉及一种对凹面非球面反射镜检测的大型镜面大误差范围相位恢复检测装置与方法。

背景技术

随着大口径非球面镜在天文、空间光学和军事等领域得到了愈来愈广泛的应用，而且它们口径和相对口径越来越大，通常的像差法和补偿器零检验法已经不能满足大口径非球面镜的抛光加工时的检测要求，因此基于光波衍射图像测量光学镜面成为当今各国研究的新课题。

基于光波衍射图像测量光学镜面的原理是根据相干光波在自由空间衍射传播的理论，当一束光沿光轴传播时，入射光波面的复振幅分布决定了出射光波面的复振幅分布。并且如果入射光波面的相位分布发生变化，会造成相应的出射光波面强度分布的变化。衍射图像测量技术就是通过测量出射光波面的强度来反算入射波面相位的一种方法。同样对于汇聚入射的球面波，如果其波面面形存在误差，会在焦点附近前后形成相应的强度分布。这些焦点前后附近的衍射光强图像包含了入射光波面的相位信息。利用这些强度图像并通过一定的软件算法处理可以准确地对入射光波面进行重构。

干涉检验法是在镜面加工中广泛使用的检测方法。干涉仪已经成为市场上一种成熟的产品。干涉检测的精度也很高，如Zygo干涉仪的测量精度达到了PV(peak-to-valley)0.01波长。但干涉检验法在大型镜面，如1米口径以上，检测中存在以下几方面问题。首先是当镜面存在较大误差时，在一定空间范围内，误差可能变化较快，也就是误差的陡度和梯度可能很大，以至于干涉条纹会很密。这样有可能超出干涉仪的空间分辨范围，使得干涉仪无法进行干涉条纹解算，例如普通民用干涉仪的分辨率只有1024×1024，当检验1米口径镜面时，每1mm有一个采样点，当镜面上存有大于每毫米0.25波长的局部误差时，反射波面将存有大于每毫米0.5波长的误差，此时干涉条纹的解相位程序无法正确的解算出连续的波面面形。为了提高干涉仪的分辨率，M.Tricard等在“Sub-pixel spatial resolution interferometrywith interlaced stitching”，SPIE，5869，0Z12005中提出基于亚象素的干涉测量方法，该方法的实质是将采样干涉条纹的CCD相机通过上下左右移动半个CCD象素距离，分别拍摄四张干涉条纹并综合起来实现亚象素级分辨率的条纹采样。但这种方法只能提高一倍的采样分辨率，且需要引入复杂的硬件支持，实用性不强。另外，干涉仪在检验大型镜面时对环境振动要求较高，很难在加工在位的条件下应用，给测量和加工带来了诸多不便以及移动镜面带来的风险。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于图像的非干涉的方法，采用数码相机等简单的设备实现大型镜面大误差范围相位恢复检测装置与方法。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现：

大型镜面大误差范围相位恢复检测装置：包括激光源、分光棱镜、数码相机、带支架的平台和计算机，所述激光源、分光棱镜和数码相机都安装在平台上；所述分光棱镜安装在激光源的正前方，并与激光源的光的射出方向呈45度夹角；所述数码相机安装在激光源的一侧，且与分光镜按照光学成像原理布置；所述计算机装载专用软件，通过电缆与激光源、数码相机和平台的支架的运动机构电连接。

所述平台安装在支架上，支架上安装沿X、Y、Z轴平移和绕Y、Z轴转动的受计算机控制的五自由度运动机构，运动机构与计算机用电缆电连接。

所述激光源的波长为400nm-760nm。

所述数码相机的分辨率不低于100万象素。

大型镜面大误差范围相位恢复检测方法：包括开始步骤检测准备(101)和结束步骤输出检测结果(115)，所述检测准备(101)和输出检测结果(115)步骤之间，首先进行循环参数设置(104)，然后获取现场数码照片(102)或者历史数码照片(103)，并进行m次循环的滤波处理，每次滤波处理再进行n次循环迭代处理，最后输出检测结果(115)。

所述m次循环滤波处理的步骤：m次数循环滤波处理开始(105)，m值判断(106)，如果判断结果为否，进入n次循环迭代处理后经过放开滤波器频点(114)步骤后回到m值判断(106)进行下一轮循环处理，当判断结果为是，进入步骤输出检测结果(115)。