專利名稱：采用激光跟蹤儀檢測(cè)離軸非球面偏心量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)非球面制造過(guò)程中精確控制偏心量的方法。
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)外測(cè)量光學(xué)元件偏心量的方法主要分為兩類， 干涉比較法和準(zhǔn)直測(cè)量法。干涉比較法基本原理由激光器發(fā)出的光束被特殊設(shè)計(jì)的光學(xué)系統(tǒng)分為參考光束和檢測(cè)光束，檢測(cè)光束經(jīng)過(guò)被檢元件后攜帶被檢元件的偏心量信息，參考光束與檢測(cè)光束發(fā)生干涉，通過(guò)判讀干涉條紋獲得偏心量信息；準(zhǔn)直測(cè)量法通過(guò)被檢測(cè)元件自準(zhǔn)返回到檢測(cè)儀器像面上的像與基準(zhǔn)軸的偏差獲得偏心量信息。干涉比較方法測(cè)量透鏡中心誤差具有快捷、高精度等優(yōu)點(diǎn)，但容易受雜光影響，使檢測(cè)精度和可靠性降低；準(zhǔn)直測(cè)量法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高的特點(diǎn)，另外還可以測(cè)量系統(tǒng)的焦距等其它參數(shù)，但有時(shí)需要被檢元件隨轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)，檢測(cè)大口徑元件時(shí)的成本很高、實(shí)現(xiàn)難度也比較大，準(zhǔn)直測(cè)量法對(duì)被檢元件表面的反射率要求也較高。干涉比較法和準(zhǔn)直測(cè)量法都無(wú)法測(cè)量離軸非球面的偏心量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有方法對(duì)光學(xué)表面的檢測(cè)精度和可靠性低、難于實(shí)現(xiàn)大口徑元件測(cè)量，并且無(wú)法測(cè)量離軸非球面元件偏心量的問(wèn)題，提供一種采用激光跟蹤儀檢測(cè)離軸非球面偏心量的方法。采用激光跟蹤儀檢測(cè)離軸非球面偏心量的方法，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn)步驟一、調(diào)整補(bǔ)償器、干涉儀和待測(cè)非球面的相對(duì)位置，使補(bǔ)償器、干涉儀和待測(cè)非球面同軸；步驟二、采用激光跟蹤儀測(cè)量步驟一所述的補(bǔ)償器的基準(zhǔn)面，獲得補(bǔ)償器的光軸位置數(shù)據(jù)；步驟三、采用激光跟蹤儀測(cè)量待測(cè)非球面的基準(zhǔn)面數(shù)據(jù)，根據(jù)補(bǔ)償器的機(jī)械設(shè)計(jì)參數(shù)、待測(cè)非球面的基準(zhǔn)面數(shù)據(jù)和待測(cè)非球面的設(shè)計(jì)參數(shù)，獲得待測(cè)非球面的幾何中心點(diǎn)的空間位置數(shù)據(jù)；步驟四、采用激光跟蹤儀計(jì)算步驟三獲得的待測(cè)非球面的幾何中心點(diǎn)的空間位置數(shù)據(jù)與步驟二獲得的補(bǔ)償器的光軸位置數(shù)據(jù)的偏差，即為待測(cè)非球面的偏心量。本發(fā)明的原理本發(fā)明運(yùn)用激光跟蹤儀檢測(cè)非球面偏心量的方法需用到的裝置包括激光跟蹤儀、待檢非球面、干涉儀、高精度非球面補(bǔ)償器和計(jì)算機(jī)等；本發(fā)明借助了激光跟蹤儀的高精度、便攜性等優(yōu)點(diǎn)來(lái)精確測(cè)量非球面元件的偏心量，激光跟蹤儀測(cè)量為接觸式測(cè)量，需要被測(cè)工件上有點(diǎn)、線、面等測(cè)量基準(zhǔn)信息，通過(guò)測(cè)量基準(zhǔn)信息，再進(jìn)行幾何計(jì)算得到想要的物理量。對(duì)于偏心量的測(cè)量，首先要調(diào)整干涉儀、補(bǔ)償器以及非球面三者之間的相對(duì)光學(xué)位置，然后利用激光跟蹤儀采集整個(gè)光路中各個(gè)部分的基準(zhǔn)信息，最后根據(jù)偏心量的定義通過(guò)構(gòu)造、結(jié)算獲得偏心量并進(jìn)行精度分析。采用本發(fā)明所述的方法也可以測(cè)量同軸非球面光學(xué)元件的偏心量。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明采用激光跟蹤儀檢測(cè)離軸非球面偏心量的方法操作簡(jiǎn)便、數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)明、通用性好。解決了現(xiàn)有技術(shù)對(duì)光學(xué)表面要求高、難于檢測(cè)大口徑元件、無(wú)法檢測(cè)離軸非球面等不足。


圖I為采用本發(fā)明方法或者現(xiàn)有方法測(cè)量同軸非球面偏心量的方法檢測(cè)示意圖；圖2為本發(fā)明所述的采用激光跟蹤儀檢測(cè)離軸非球面偏心量的方法的檢測(cè)示意圖。圖中1、干涉儀，2、補(bǔ)償器，3、激光跟蹤儀，4、待測(cè)非球面，5、偏心量，6、待測(cè)非球面的幾何中心。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一、結(jié)合圖I和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，采用激光跟蹤儀檢測(cè)離軸非球面偏心量的方法，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn)步驟一、步驟一、調(diào)整補(bǔ)償器2、干涉儀I和待檢測(cè)非球面的相對(duì)位置，使補(bǔ)償器2、干涉儀I和待測(cè)非球面4同軸；步驟二、采用激光跟蹤儀測(cè)量步驟一所述的補(bǔ)償器2的基準(zhǔn)面，獲得補(bǔ)償器2的光軸位置數(shù)據(jù)；步驟三、采用激光跟蹤儀3測(cè)量待檢非球面的基準(zhǔn)面數(shù)據(jù)，根據(jù)補(bǔ)償器2的機(jī)械設(shè)計(jì)參數(shù)、待測(cè)非球面4的基準(zhǔn)面數(shù)據(jù)和待測(cè)非球面4的設(shè)計(jì)參數(shù)，獲得待測(cè)非球面4的幾何中心點(diǎn)的空間位置數(shù)據(jù)；步驟四、根據(jù)步驟二和步驟三獲得的補(bǔ)償器2的光軸位置數(shù)據(jù)和待測(cè)非球面4幾何中心的空間位置數(shù)據(jù)，由光學(xué)偏心量的定義，光學(xué)元件的光學(xué)面的幾何中心相對(duì)于光軸的偏差即為偏心量，采用激光跟蹤儀3附帶的軟件就可以解算出非球面的在X方向和y方向的偏心量Δχ和Ay。本實(shí)施方式所述的補(bǔ)償器2的機(jī)械設(shè)計(jì)參數(shù)包括補(bǔ)償器的平面度、柱面度、垂直度和機(jī)械尺寸。所述待測(cè)非球面4的設(shè)計(jì)參數(shù)包括二次曲面系數(shù)、頂點(diǎn)曲率半徑、高次項(xiàng)系數(shù)等光學(xué)設(shè)計(jì)參數(shù)以及元件外形尺寸。
具體實(shí)施方式
二、結(jié)合圖I和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為具體實(shí)施方式
一所述的采用激光跟蹤儀檢測(cè)非球面偏心量的方法的實(shí)施例a、調(diào)整補(bǔ)償器2與干涉儀I出射的平行光準(zhǔn)直；然后，根據(jù)ZYGO干涉儀I軟件MetroPro中的Zernike系數(shù)調(diào)整待檢非球面與補(bǔ)償器2和干涉儀I三者的相對(duì)位置，這一般要反復(fù)多次，最終才能調(diào)整完成；b、補(bǔ)償器2設(shè)計(jì)時(shí)都會(huì)有機(jī)械基準(zhǔn)面，這些基準(zhǔn)面與補(bǔ)償器2的光軸信息相關(guān)聯(lián)，因此在完成干涉儀I、補(bǔ)償器2、待測(cè)非球面4光學(xué)調(diào)整后，利用激光跟蹤儀3測(cè)量補(bǔ)償器2上的基準(zhǔn)面，并根據(jù)基準(zhǔn)面信息計(jì)算出光軸基準(zhǔn)；所述的補(bǔ)償器2的基準(zhǔn)面一般為外圓柱面和兩個(gè)端平面，通過(guò)跟蹤儀采集外圓柱基準(zhǔn)面的數(shù)據(jù)點(diǎn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，可以得到圓柱基準(zhǔn)面的方程以及圓柱軸線的方程，因?yàn)檠a(bǔ)償器2裝配時(shí)是根據(jù)外圓柱面和兩個(gè)端平面基準(zhǔn)進(jìn)行的，所以圓柱的軸線可以作為光軸基準(zhǔn)使用(同軸偏差一般小于5")。C、待測(cè)非球面4上也有用于檢測(cè)和裝配的基準(zhǔn)面，利用激光跟蹤儀3測(cè)量待檢非球面反射鏡上的基準(zhǔn)面信息，根據(jù)基準(zhǔn)面的測(cè)量數(shù)據(jù)以及機(jī)械設(shè)計(jì)參數(shù)和非球面設(shè)計(jì)參數(shù)，可以通過(guò)構(gòu)造得出非球面幾何中心點(diǎn)的空間位置信息；以圓形外輪廓的待測(cè)非球面4光學(xué)元件為例，其基準(zhǔn)面一般為背部平面和側(cè)圓柱面，利用激光跟蹤儀3測(cè)量待測(cè)非球面4反射鏡上的側(cè)圓柱面的基準(zhǔn)面信息，獲得側(cè)圓柱面的軸線方程，此軸線方程通過(guò)待測(cè)非球面4表面的幾何中心(此處激光跟蹤儀3只要按圓柱特征去測(cè)量采集圓柱面上的數(shù)據(jù)點(diǎn)，軟件中就可以得到圓柱軸線方程及圓柱的直徑等信息)；然后以球面特征測(cè)量待測(cè)非球面4光學(xué)元件表面可以得到光學(xué)元件表面的球面方程， 圓柱面的軸線和待測(cè)非球面4光學(xué)元件表面的球面相交得到待測(cè)非球面4的幾何中心6點(diǎn)坐標(biāo)。d、根據(jù)b和c得到的補(bǔ)償器2光軸基準(zhǔn)信息和待測(cè)非球面4幾何中心點(diǎn)的空間位置信息，以及偏心量的光學(xué)定義，可以很方便地解算出非球面的偏心量；e、重復(fù)步驟a到d，進(jìn)行多次測(cè)量，并進(jìn)行精度分析。
權(quán)利要求
1.采用激光跟蹤儀檢測(cè)離軸非球面偏心量的方法，其特征是，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn) 步驟一、調(diào)整補(bǔ)償器(2)、干涉儀(I)和待測(cè)非球面(4)的相對(duì)位置，使補(bǔ)償器(2)、干涉儀(I)和待測(cè)非球面(4)同軸； 步驟二、采用激光跟蹤儀(3)測(cè)量步驟一所述的補(bǔ)償器(2)的基準(zhǔn)面，獲得補(bǔ)償器(2)的光軸位置數(shù)據(jù)； 步驟三、采用激光跟蹤儀(3)測(cè)量待測(cè)非球面(4)的基準(zhǔn)面數(shù)據(jù)，根據(jù)補(bǔ)償器(2)的機(jī)械設(shè)計(jì)參數(shù)、待測(cè)非球面(4)的基準(zhǔn)面數(shù)據(jù)和待測(cè)非球面(4)的設(shè)計(jì)參數(shù)，獲得待測(cè)非球面(4)的幾何中心點(diǎn)的空間位置數(shù)據(jù)； 步驟四、采用激光跟蹤儀(3)計(jì)算步驟三獲得的待測(cè)非球面(4)的幾何中心點(diǎn)的空間位置數(shù)據(jù)與步驟二獲得的補(bǔ)償器(2)的光軸位置數(shù)據(jù)的偏差，即為待測(cè)非球面(4)的偏心量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用激光跟蹤儀檢測(cè)離軸非球面偏心量的方法，其特征在于，補(bǔ)償器(2 )的機(jī)械設(shè)計(jì)參數(shù)包括補(bǔ)償器的平面度、柱面度、垂直度和機(jī)械尺寸。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用激光跟蹤儀檢測(cè)離軸非球面偏心量的方法，其特征在于，所述待測(cè)非球面(4)的設(shè)計(jì)參數(shù)包括二次曲面系數(shù)、頂點(diǎn)曲率半徑、高次項(xiàng)系數(shù)等光學(xué)設(shè)計(jì)參數(shù)以及元件外形尺寸。
全文摘要
采用激光跟蹤儀檢測(cè)離軸非球面偏心量的方法，涉及光學(xué)非球面制造過(guò)程中精確控制偏心量的方法，它解決現(xiàn)有方法對(duì)光學(xué)表面的檢測(cè)精度和可靠性低、難于實(shí)現(xiàn)大口徑元件測(cè)量，并且無(wú)法測(cè)量離軸非球面元件偏心量的問(wèn)題，本發(fā)明方法首先用激光跟蹤儀測(cè)量補(bǔ)償器的基準(zhǔn)面信息，通過(guò)計(jì)算獲得光軸基準(zhǔn)數(shù)據(jù)；然后用激光跟蹤儀測(cè)量待檢非球面的基準(zhǔn)面信息，通過(guò)計(jì)算獲得非球面中心的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)；最后與光軸基準(zhǔn)相比較得到偏心量數(shù)據(jù)。本發(fā)明所述的方法操作簡(jiǎn)便、數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)明、通用性好。
文檔編號(hào)G01M11/02GK102879182SQ20121037039
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月27日
發(fā)明者李銳鋼, 張斌智, 王孝坤, 鄭立功, 張學(xué)軍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所