專利名稱：采用激光跟蹤儀檢測離軸非球面偏心量的方法
技術領域：
本發明涉及一種光學非球面制造過程中精確控制偏心量的方法。
背景技術：
目前國內外測量光學元件偏心量的方法主要分為兩類， 干涉比較法和準直測量法。干涉比較法基本原理由激光器發出的光束被特殊設計的光學系統分為參考光束和檢測光束，檢測光束經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生干涉，通過判讀干涉條紋獲得偏心量信息；準直測量法通過被檢測元件自準返回到檢測儀器像面上的像與基準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、高精度等優點，但容易受雜光影響，使檢測精度和可靠性降低；準直測量法具有結構簡單、效率高的特點，另外還可以測量系統的焦距等其它參數，但有時需要被檢元件隨轉臺旋轉，檢測大口徑元件時的成本很高、實現難度也比較大，準直測量法對被檢元件表面的反射率要求也較高。干涉比較法和準直測量法都無法測量離軸非球面的偏心量。
發明內容
本發明為解決現有方法對光學表面的檢測精度和可靠性低、難于實現大口徑元件測量，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步驟一、調整補償器、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面，獲得補償器的光軸位置數據；步驟三、采用激光跟蹤儀測量待測非球面的基準面數據，根據補償器的機械設計參數、待測非球面的基準面數據和待測非球面的設計參數，獲得待測非球面的幾何中心點的空間位置數據；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據與步驟二獲得的補償器的光軸位置數據的偏差，即為待測非球面的偏心量。本發明的原理本發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；本發明借助了激光跟蹤儀的高精度、便攜性等優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、面等測量基準信息，通過測量基準信息，再進行幾何計算得到想要的物理量。對于偏心量的測量，首先要調整干涉儀、補償器以及非球面三者之間的相對光學位置，然后利用激光跟蹤儀采集整個光路中各個部分的基準信息，最后根據偏心量的定義通過構造、結算獲得偏心量并進行精度分析。采用本發明所述的方法也可以測量同軸非球面光學元件的偏心量。
本發明的有益效果本發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、數據處理簡明、通用性好。解決了現有技術對光學表面要求高、難于檢測大口徑元件、無法檢測離軸非球面等不足。
圖I為采用本發明方法或者現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步驟一、步驟一、調整補償器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的基準面，獲得補償器2的光軸位置數據；步驟三、采用激光跟蹤儀3測量待檢非球面的基準面數據，根據補償器2的機械設計參數、待測非球面4的基準面數據和待測非球面4的設計參數，獲得待測非球面4的幾何中心點的空間位置數據；步驟四、根據步驟二和步驟三獲得的補償器2的光軸位置數據和待測非球面4幾何中心的空間位置數據，由光學偏心量的定義，光學元件的光學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的機械設計參數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的設計參數包括二次曲面系數、頂點曲率半徑、高次項系數等光學設計參數以及元件外形尺寸。
具體實施方式
二、結合圖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、調整補償器2與干涉儀I出射的平行光準直；然后，根據ZYGO干涉儀I軟件MetroPro中的Zernike系數調整待檢非球面與補償器2和干涉儀I三者的相對位置，這一般要反復多次，最終才能調整完成；b、補償器2設計時都會有機械基準面，這些基準面與補償器2的光軸信息相關聯，因此在完成干涉儀I、補償器2、待測非球面4光學調整后，利用激光跟蹤儀3測量補償器2上的基準面，并根據基準面信息計算出光軸基準；所述的補償器2的基準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面的數據點，進行數據擬合，可以得到圓柱基準面的方程以及圓柱軸線的方程，因為補償器2裝配時是根據外圓柱面和兩個端平面基準進行的，所以圓柱的軸線可以作為光軸基準使用(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面，利用激光跟蹤儀3測量待檢非球面反射鏡上的基準面信息，根據基準面的測量數據以及機械設計參數和非球面設計參數，可以通過構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光學元件為例，其基準面一般為背部平面和側圓柱面，利用激光跟蹤儀3測量待測非球面4反射鏡上的側圓柱面的基準面信息，獲得側圓柱面的軸線方程，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據點，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光學元件表面可以得到光學元件表面的球面方程， 圓柱面的軸線和待測非球面4光學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。d、根據b和c得到的補償器2光軸基準信息和待測非球面4幾何中心點的空間位置信息，以及偏心量的光學定義，可以很方便地解算出非球面的偏心量；e、重復步驟a到d，進行多次測量，并進行精度分析。
權利要求
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 步驟一、調整補償器(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)的基準面，獲得補償器(2)的光軸位置數據； 步驟三、采用激光跟蹤儀(3)測量待測非球面(4)的基準面數據，根據補償器(2)的機械設計參數、待測非球面(4)的基準面數據和待測非球面(4)的設計參數，獲得待測非球面(4)的幾何中心點的空間位置數據； 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據與步驟二獲得的補償器(2)的光軸位置數據的偏差，即為待測非球面(4)的偏心量。
2.根據權利要求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 )的機械設計參數包括補償器的平面度、柱面度、垂直度和機械尺寸。
3.根據權利要求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)的設計參數包括二次曲面系數、頂點曲率半徑、高次項系數等光學設計參數以及元件外形尺寸。
全文摘要
采用激光跟蹤儀檢測離軸非球面偏心量的方法，涉及光學非球面制造過程中精確控制偏心量的方法，它解決現有方法對光學表面的檢測精度和可靠性低、難于實現大口徑元件測量，并且無法測量離軸非球面元件偏心量的問題，本發明方法首先用激光跟蹤儀測量補償器的基準面信息，通過計算獲得光軸基準數據；然后用激光跟蹤儀測量待檢非球面的基準面信息，通過計算獲得非球面中心的實測數據；最后與光軸基準相比較得到偏心量數據。本發明所述的方法操作簡便、數據處理簡明、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 優先權日2012年9月27日
發明者李銳鋼, 張斌智, 王孝坤, 鄭立功, 張學軍 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所