一種離軸拋物面鏡面形精度的檢測裝置及檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及光學檢測技術領域，特別是一種基于斐索干涉儀的離軸拋物面鏡面形精度的檢測裝置及檢測方法。
【背景技術】
[0002]光學元件的傳統檢測方法與技術已沿用了數十年。光學檢測涉及被測元件材料、口徑、種類以及測試技術、儀器和設備等。被測元件的種類繁多，包括有平行平板、球面、非球面、自由曲面、衍射光柵、錐鏡、柱面透鏡等，非球面中有特殊的非球面如拋物面、橢球面、雙曲面和除此以外的其它非球面。光學檢測中常用的主要儀器可分為干涉儀類、表面輪廓儀類、MTF測試儀類、精密球徑儀類、焦距與偏心測試儀器類及其它儀器等。
[0003]國內外都在研制和發展各自的先進儀器。國內以南京理工大學和成都太科公司為代表的干涉儀制造廠家，各類數字式干涉儀的產品口徑有Φ25πιπι?Φ600πιπι;進口以美國Zygo公司為代表的從口徑4"?32"的各類干涉儀；Zygo公司以3D干涉顯微鏡為基本原理發展的非接觸式表面輪廓儀，從早期的Maxim 3D 5700到現代最新的Zemapper System等；英國Tayloy-Hobson觸針式輪廓儀；滿足實際需求的三坐標測量儀、4D干涉儀等。
[0004]然而，在光學檢測儀器和技術應用上，仍存在很多問題和不足，比如使用輪廓儀無法得到整個面的面形精度，使用平面鏡測量則受限于平面鏡的大小。
[0005]目前，尚未有關于離軸拋物面鏡面形精度的檢測裝置及方法。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是以克服目前對離軸拋物面面形精度進行精確檢測的困難，提供一種基于斐索干涉儀的離軸拋物面鏡面形精度的檢測裝置及檢測方法。
[0007]本發明的技術解決方案如下:
[0008]—種離軸拋物面鏡面形精度的檢測裝置，該裝置由斐索干涉儀、標準球面鏡、輔助凹球面柱、基座盤、五維調整架、標準平面鏡、二維調整架、承托固定底板、第一底座以及第二底座組成；
[0009]所述斐索干涉儀上安裝有所述標準球面鏡，所述標準球面鏡是所述斐索干涉儀的光束輸出窗口；
[0010]所述基座盤位于所述斐索干涉儀的下方，所述基座盤上設有待測離軸拋物面鏡和輔助凹球面柱；
[0011 ] 所述基座盤設于所述五維調整架頂面；
[0012]所述標準平面鏡設于所述二維調整架的底面；
[0013]所述二維調整架位于所述待測離軸拋物面鏡的上方；
[0014]所述五維調整架固定于所述承托固定底板上；
[0015]所述承托固定板設于所述第二底座上；
[0016]所述斐索干涉儀、二維調整架設于所述第一底座上。
[0017]所述基座盤呈圓形，所述輔助凹球面柱設于所述基座盤的中心處，所述待測離軸拋物面鏡在所述基座盤的四周呈中心對稱分布。
[0018]所述輔助凹球面柱的凹球面曲率半徑與所述待測離軸拋物面鏡的焦距相等。
[0019]所述凹球面的最低點與所述待測離軸拋物面鏡的頂點重合。
[0020]所述輔助凹球面柱直徑為20-50mm。
[0021]所述二維調整架具有Tip和Tilt 二維調整。
[0022]所述五維調整架具有X、Y、Z、Tip和Tilt五維調整。
[0023]所述離軸拋物面鏡為凹面鏡。
[0024]—種利用上述檢測裝置檢測離軸拋物面鏡面形精度的方法，該方法包括如下步驟:
[0025](I)根據待測離軸拋物面鏡的Π數，選擇匹配的標準球面鏡安裝到所述的斐索干涉儀上，選擇方式如下:
[0026]fI數=拋物面鏡的焦距f/離軸拋物面鏡的口徑D，
[0027]口徑D = 2* (離軸量+離軸拋物面鏡的半徑)
[0028]所選標準球面鏡的f2數小于等于離軸拋物面鏡的Π數即可，然后將待測離軸拋物面鏡和輔助凹球面柱設于基座盤上；
[0029](2)調整五維調整架使基座盤的上表面處于水平，開啟所述斐索干涉儀，所述斐索干涉儀發出的光束經所述標準球面鏡全部照射在所述基座盤上的待測離軸拋物面鏡上；
[0030](3)調整五維調整架的X方向，使標準球面鏡的中心與所述輔助凹球面鏡柱的中心的連線垂直于基座盤；
[0031](4)調整五維調整架的Z方向，使待輔助凹球面柱的干涉圖為零條紋，此時輔助凹球面柱的球心與標準球面鏡的焦點F重合，此時所述的斐索干涉儀輸出的球面波經過待測離軸拋物面鏡反射后平行出射到標準平面鏡上；
[0032](5)調節二維調整架，使入射到標準平面鏡的平行光原路返回到被測金屬離軸拋物面上，光線經過待測離軸拋物面鏡匯聚到焦點F，回到干涉儀中形成干涉條紋，即得到待測離軸拋物面鏡的面形精度；
[0033](6)轉動所述基座盤，對盤中每一個離軸拋物面鏡的面形精度進行測量。
[0034]所述待測離軸拋物面鏡和輔助凹球面柱的加工方法如下:
[0035]在加工離軸拋物面鏡時，在待測離軸拋物面鏡的理論頂點處放置一塊以拋物面頂點的法線為旋轉軸的、直徑20-50mm的、凹球面的曲率半徑與待測離軸拋物面鏡的拋物面焦距相同，并且其頂點位于中心的輔助凹球面柱，與待測離軸拋物面鏡一同加工，同時加工設備確保輔助凹球面柱的最低點與拋物面頂點的重合。
[0036]本發明的有益效果是通過使用不同標準球面鏡來測量不同尺寸的離軸拋物面鏡，擴大了測量范圍，并且能夠快速準確地測量離軸拋物面鏡的面形精度。
【附圖說明】
[0037]圖1為本發明離軸拋物面鏡面形精度的檢測裝置的結構示意圖；
[0038]圖2為本發明離軸拋物面鏡面形精度的檢測裝置的左視圖；
[0039]圖3為本發明離軸拋物面鏡面形精度的檢測裝置的光路圖；
[0040]圖4為標準平面鏡及其二維調整架的仰視圖；
[0041]圖5為待測離軸拋物面鏡的三視圖；其中，a為正視圖，b為左視圖，c為俯視圖；
[0042]圖6為基座盤包含輔助凹球面柱與待測離軸拋物面鏡的俯視圖及剖面圖。
[0043]圖中:I一斐索干涉儀，2—標準球面鏡，3—待測離軸拋物面鏡，4一輔助凹球面柱，5—標準平面鏡，6—二維調整架，7一五維調整架，8—基座盤，9一承托固定底板，10一第一底座，101 —第一基準面，11一第二底座，111一第二基準面；
[0044]100—斐索干涉儀發出的平行球面單色光，200—經標準球面鏡透射的球面光線，300—經輔助凹球面柱反射的光線，400—經待測離軸拋物面鏡反射的平行光線，500—經標準平面鏡再次反射回的平行光線，600—經待測離軸拋物面鏡再次反射匯聚的光線，700—經標準球面鏡折射回干涉儀的光線；
[0045]A—標準球面鏡的內反射面，A’ 一標準球面鏡的外表面，B—待測離軸拋物面鏡，C一輔助凹球面鏡的表面，O—輔助凹球面的中心點(拋物面頂點)。
【具體實施方式】
[0046]下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
[0047]本實施例所述的待測離軸拋物面鏡3為待測金屬，除此以外的紅外材料或塑料等可以經過SPDT加工的材料的離軸拋物面鏡均可應用于本發明。
[0048]請參閱圖1-6，一種離軸拋物面鏡面形精度的檢測裝置，由斐索干涉儀1、標準球面鏡2、輔助凹球面柱4、基座盤8、五維調整架7、標準平面鏡5、二維調整架6、承托固定底板9、第一底座10以及第二底座11組成；
[0049]所述斐索干涉儀I上安裝有所述標準球面鏡2，所述標準球面鏡2是所述斐索干涉儀I的光束輸出窗口 ；所述基座盤8位于所述斐索干涉儀I的下方，所述基座盤8上設有待測離軸拋物面鏡3和輔助凹球面柱4 ;所述基座盤8設于所述五維調整架7頂面；所述標準平面鏡5設于所述二維調整架6的底面；所述二維調整架6位于所述待測離軸拋物面鏡3的上方；所述五維調整架7固定于所述承托固定底板9上；所述承托固定板9設于所述第二底座11上；所述斐索干涉儀1、二維調整架6設于所述第一底座10上。
[0050]所述基座盤8呈圓形，所述輔助凹球面柱4設于所述基座盤8的中心處，所述待測離軸拋物面鏡3在所述基座盤8的四周呈中心對稱分布。
[0051]所述輔助凹球面柱4的凹球面曲率半徑與所述待測離軸拋物面鏡3的頂點曲率半徑相等，且所述凹球面的最低點與所述待測離軸拋物面鏡3的頂點重合。
[0052]所述輔助凹球面柱4的直徑為20mm。
[0053]所述二維調整架6具有Tip和Tilt 二維調整；五維調整架7具有X、Y、Z、Tip和Tilt五維調整。
[0054]圖2是本發明離軸拋物面鏡面形精度的檢測裝置的光路圖，標準球面鏡的內反射面A作為參考平面，其面形精度是小于λ/20，B是經單點金剛石車床加工而成的待測金屬離軸拋物面鏡的拋物面，C與B是同時經單點金剛石車床加工而成的凹球面與離軸拋物面，該凹球面的最低點O點為拋物面頂點，并且其曲率半徑等于拋物面的焦距。
[0055]斐索干涉儀發出的平行球面單色光100入射到標準球面鏡2后，一部分光被標準球面鏡2的內反射面A反射，該反射光線攜帶標準球面波信息。另一部分光經標準球面鏡2的內反射面A透射(稱為光線200)后，先匯聚到焦點F再發散入射到輔助凹球面鏡的表面C和待測離軸拋物面B。根據拋物面的光學性質:焦點F發出的球面光波經拋物面后平行出射，平行光波經拋物面反射會聚到焦點F。為了將拋物面的光軸調整到與干涉儀的光軸平行，引入一輔助凹球面，該凹球面