專利名稱：采用激光跟蹤儀檢測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)非球面制造過程中精確控制偏心量的方法。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)外測量光學(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)計的光學(xué)系統(tǒng)分為參考光束和檢測光束，檢測光束經(jīng)過被檢元件后攜帶被檢元件的偏心量信息，參考光束與檢測光束發(fā)生干涉，通過判讀干涉條紋獲得偏心量信息；準(zhǔn)直測量法通過被檢測元件自準(zhǔn)返回到檢測儀器像面上的像與基準(zhǔn)軸的偏差獲得偏心量信息。干涉比較方法測量透鏡中心誤差具有快捷、高精度等優(yōu)點，但容易受雜光影響，使檢測精度和可靠性降低；準(zhǔn)直測量法具有結(jié)構(gòu)簡單、效率高的特點，另外還可以測量系統(tǒng)的焦距等其它參數(shù)，但有時需要被檢元件隨轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)，檢測大口徑元件時的成本很高、實現(xiàn)難度也比較大，準(zhǔn)直測量法對被檢元件表面的反射率要求也較高。干涉比較法和準(zhǔn)直測量法都無法測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)有方法對光學(xué)表面的檢測精度和可靠性低、難于實現(xiàn)大口徑元件測量，并且無法測量離軸非球面元件偏心量的問題，提供一種采用激光跟蹤儀檢測離軸非球面偏心量的方法。采用激光跟蹤儀檢測離軸非球面偏心量的方法，該方法由以下步驟實現(xiàn)步驟一、調(diào)整補償器、干涉儀和待測非球面的相對位置，使補償器、干涉儀和待測非球面同軸；步驟二、采用激光跟蹤儀測量步驟一所述的補償器的基準(zhǔn)面，獲得補償器的光軸位置數(shù)據(jù)；步驟三、采用激光跟蹤儀測量待測非球面的基準(zhǔn)面數(shù)據(jù)，根據(jù)補償器的機械設(shè)計參數(shù)、待測非球面的基準(zhǔn)面數(shù)據(jù)和待測非球面的設(shè)計參數(shù)，獲得待測非球面的幾何中心點的空間位置數(shù)據(jù)；步驟四、采用激光跟蹤儀計算步驟三獲得的待測非球面的幾何中心點的空間位置數(shù)據(jù)與步驟二獲得的補償器的光軸位置數(shù)據(jù)的偏差，即為待測非球面的偏心量。本發(fā)明的原理本發(fā)明運用激光跟蹤儀檢測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、高精度非球面補償器和計算機等；本發(fā)明借助了激光跟蹤儀的高精度、便攜性等優(yōu)點來精確測量非球面元件的偏心量，激光跟蹤儀測量為接觸式測量，需要被測工件上有點、線、面等測量基準(zhǔn)信息，通過測量基準(zhǔn)信息，再進行幾何計算得到想要的物理量。對于偏心量的測量，首先要調(diào)整干涉儀、補償器以及非球面三者之間的相對光學(xué)位置，然后利用激光跟蹤儀采集整個光路中各個部分的基準(zhǔn)信息，最后根據(jù)偏心量的定義通過構(gòu)造、結(jié)算獲得偏心量并進行精度分析。采用本發(fā)明所述的方法也可以測量同軸非球面光學(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離軸非球面偏心量的方法操作簡便、數(shù)據(jù)處理簡明、通用性好。解決了現(xiàn)有技術(shù)對光學(xué)表面要求高、難于檢測大口徑元件、無法檢測離軸非球面等不足。


圖I為采用本發(fā)明方法或者現(xiàn)有方法測量同軸非球面偏心量的方法檢測示意圖；圖2為本發(fā)明所述的采用激光跟蹤儀檢測離軸非球面偏心量的方法的檢測示意圖。圖中1、干涉儀，2、補償器，3、激光跟蹤儀，4、待測非球面，5、偏心量，6、待測非球面的幾何中心。
具體實施方式
具體實施方式
一、結(jié)合圖I和圖2說明本實施方式，采用激光跟蹤儀檢測離軸非球面偏心量的方法，該方法由以下步驟實現(xiàn)步驟一、步驟一、調(diào)整補償器2、干涉儀I和待檢測非球面的相對位置，使補償器2、干涉儀I和待測非球面4同軸；步驟二、采用激光跟蹤儀測量步驟一所述的補償器2的基準(zhǔn)面，獲得補償器2的光軸位置數(shù)據(jù)；步驟三、采用激光跟蹤儀3測量待檢非球面的基準(zhǔn)面數(shù)據(jù)，根據(jù)補償器2的機械設(shè)計參數(shù)、待測非球面4的基準(zhǔn)面數(shù)據(jù)和待測非球面4的設(shè)計參數(shù)，獲得待測非球面4的幾何中心點的空間位置數(shù)據(jù)；步驟四、根據(jù)步驟二和步驟三獲得的補償器2的光軸位置數(shù)據(jù)和待測非球面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。本實施方式所述的補償器2的機械設(shè)計參數(shù)包括補償器的平面度、柱面度、垂直度和機械尺寸。所述待測非球面4的設(shè)計參數(shù)包括二次曲面系數(shù)、頂點曲率半徑、高次項系數(shù)等光學(xué)設(shè)計參數(shù)以及元件外形尺寸。
具體實施方式
二、結(jié)合圖I和圖2說明本實施方式，本實施方式為具體實施方式
一所述的采用激光跟蹤儀檢測非球面偏心量的方法的實施例a、調(diào)整補償器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)整待檢非球面與補償器2和干涉儀I三者的相對位置，這一般要反復(fù)多次，最終才能調(diào)整完成；b、補償器2設(shè)計時都會有機械基準(zhǔn)面，這些基準(zhǔn)面與補償器2的光軸信息相關(guān)聯(lián)，因此在完成干涉儀I、補償器2、待測非球面4光學(xué)調(diào)整后，利用激光跟蹤儀3測量補償器2上的基準(zhǔn)面，并根據(jù)基準(zhǔn)面信息計算出光軸基準(zhǔn)；所述的補償器2的基準(zhǔn)面一般為外圓柱面和兩個端平面，通過跟蹤儀采集外圓柱基準(zhǔn)面的數(shù)據(jù)點，進行數(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，因為補償器2裝配時是根據(jù)外圓柱面和兩個端平面基準(zhǔn)進行的，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、待測非球面4上也有用于檢測和裝配的基準(zhǔn)面，利用激光跟蹤儀3測量待檢非球面反射鏡上的基準(zhǔn)面信息，根據(jù)基準(zhǔn)面的測量數(shù)據(jù)以及機械設(shè)計參數(shù)和非球面設(shè)計參數(shù)，可以通過構(gòu)造得出非球面幾何中心點的空間位置信息；以圓形外輪廓的待測非球面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測量待測非球面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，此軸線方程通過待測非球面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量采集圓柱面上的數(shù)據(jù)點，軟件中就可以得到圓柱軸線方程及圓柱的直徑等信息)；然后以球面特征測量待測非球面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非球面4光學(xué)元件表面的球面相交得到待測非球面4的幾何中心6點坐標(biāo)。d、根據(jù)b和c得到的補償器2光軸基準(zhǔn)信息和待測非球面4幾何中心點的空間位置信息，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，進行多次測量，并進行精度分析。
權(quán)利要求
1.采用激光跟蹤儀檢測離軸非球面偏心量的方法，其特征是，該方法由以下步驟實現(xiàn) 步驟一、調(diào)整補償器(2)、干涉儀(I)和待測非球面(4)的相對位置，使補償器(2)、干涉儀(I)和待測非球面(4)同軸； 步驟二、采用激光跟蹤儀(3)測量步驟一所述的補償器(2)的基準(zhǔn)面，獲得補償器(2)的光軸位置數(shù)據(jù)； 步驟三、采用激光跟蹤儀(3)測量待測非球面(4)的基準(zhǔn)面數(shù)據(jù)，根據(jù)補償器(2)的機械設(shè)計參數(shù)、待測非球面(4)的基準(zhǔn)面數(shù)據(jù)和待測非球面(4)的設(shè)計參數(shù)，獲得待測非球面(4)的幾何中心點的空間位置數(shù)據(jù)； 步驟四、采用激光跟蹤儀(3)計算步驟三獲得的待測非球面(4)的幾何中心點的空間位置數(shù)據(jù)與步驟二獲得的補償器(2)的光軸位置數(shù)據(jù)的偏差，即為待測非球面(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離軸非球面偏心量的方法，其特征在于，補償器(2 )的機械設(shè)計參數(shù)包括補償器的平面度、柱面度、垂直度和機械尺寸。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用激光跟蹤儀檢測離軸非球面偏心量的方法，其特征在于，所述待測非球面(4)的設(shè)計參數(shù)包括二次曲面系數(shù)、頂點曲率半徑、高次項系數(shù)等光學(xué)設(shè)計參數(shù)以及元件外形尺寸。
全文摘要
采用激光跟蹤儀檢測離軸非球面偏心量的方法，涉及光學(xué)非球面制造過程中精確控制偏心量的方法，它解決現(xiàn)有方法對光學(xué)表面的檢測精度和可靠性低、難于實現(xiàn)大口徑元件測量，并且無法測量離軸非球面元件偏心量的問題，本發(fā)明方法首先用激光跟蹤儀測量補償器的基準(zhǔn)面信息，通過計算獲得光軸基準(zhǔn)數(shù)據(jù)；然后用激光跟蹤儀測量待檢非球面的基準(zhǔn)面信息，通過計算獲得非球面中心的實測數(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便、數(shù)據(jù)處理簡明、通用性好。
文檔編號G01M11/02GK102879182SQ20121037039
公開日2013年1月16日 申請日期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 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所