一種離軸拋物面離軸量的測量裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于光學元件加工檢測技術，具體指一種離軸拋物面離軸量的測量裝置及方法，它用于離軸拋物面鏡面加工過程中鏡面鍍膜前的檢驗。
技術背景
[0002]隨著空間光學遙感技術的應用需求，傳統同軸光學系統已經無法滿足該需求，離軸光學系統開始廣泛應用。隨之而來，離軸光學元件的加工與檢測是離軸光學系統研制過程中的必要步驟，其中離軸量是離軸光學元件特有的幾何參量，不同于傳統同軸光學元件的其他幾何參量。本發明公開一種離軸拋物面鏡的離軸量的檢測方法，為離軸光學元件的離軸量測量提供一種方法。
【發明內容】
[0003]本發明提出了一種離軸拋物面離軸量的測量裝置及方法，該方法利用光直線傳播的原理，將離軸拋物面鏡的通光孔徑幾何中心和焦點，投影到自準平面鏡上，并分別標記，通過測量標記間距，測量離軸拋物面鏡的離軸量。
[0004]離軸拋物面的檢測裝置如圖1所示，匯聚光干涉儀發出一束匯聚光束，光束匯聚點與拋物面焦點重合，光束經離軸拋物面反射，入射自準平面鏡，經自準平面鏡反射原路返回會聚光干涉儀。
[0005]離軸量的定義為:離軸拋物面鏡通光孔徑為圓，或者橢圓等形狀規則的形狀，該形狀的鏡面幾何中心距拋物面母鏡光軸的距離即為離軸拋物面鏡的離軸量。
[0006]在離軸量檢測前，在離軸拋物面鏡鏡面幾何中心制作對可見波段高吸收的標記。離軸拋物面鏡通光孔徑為圓，或者橢圓等形狀規則的形狀。標記的制作在三坐標等精密測量工具監測下完成。該標記采用碳素墨水標記為圓點、“ X ”或“田”等形狀的高精度定位的圖案，或者采用黑色可黏貼紙標記為圓點、“ X ”或“田”等形狀的高精度定位的圖案。
[0007]在離軸量檢測前，制作法蘭盤，法蘭盤采用透可見光的玻璃基底，盤上圖案分為透光區域和非透光區域，非透光區域鍍制高反金屬膜，圖案形狀選擇以對點高精度定位為依據，可以采用用圓孔形、“ X ”或“田”字形，如圖2和圖3所示。
[0008]離軸量檢測時，法蘭盤中心與離軸拋物面鏡的焦點重合，法蘭盤盤面法線與自準平面鏡法線重合，并在法蘭盤非自準直平面鏡的一側放置平行光干涉儀，令干涉儀光軸與法蘭盤盤面法線平行，且光束覆蓋法蘭盤；開啟干涉儀，其出射光束透過法蘭盤，將法蘭盤的圖案投射至自準直平面鏡，形成亮的圖案，標記為A。
[0009]在離軸拋物面檢測時，會聚光干涉儀對鏡面面形進行檢測，出射于干涉儀的光束，經待測拋物面鏡反射，入射于自準平面鏡，拋物面鏡幾何中心標記在自準平面上形成暗斑，標記為B。
[0010]在自準平面鏡上，測量A與B的直線距離，即為離軸拋物面的離軸量。
[0011]本發明的離軸拋物面離軸量測量方法包括以下步驟:
[0012]1.離軸量測量前，在三坐標等精密測量工具監測下，在待測離軸拋物面鏡通光孔徑幾何中心制作對可見光波段高吸收的標記，并制作帶有透可見光圖案的法蘭盤。
[0013]2.搭建離軸拋物面檢測光路，測試光路包括匯聚光干涉儀、自準平面鏡等檢測設備，檢測光路如圖1所示，光束匯聚點與拋物面焦點重合，光束經離軸拋物面反射，入射自準平面鏡，經自準平面鏡反射原路返回會聚光干涉儀，通過光路調整使得干涉儀獲得的系統波前滿足檢測要求；
[0014]3.在離軸拋物面的焦點位置放置具有一定圖案的法蘭盤，并令法蘭盤中心與焦點重合，法蘭盤盤面法線與自準平面鏡法線重合，并在法蘭盤非自準直平面鏡的一側放置平行光干涉儀，令干涉儀光軸與法蘭盤盤面法線平行，且光束覆蓋法蘭盤。開啟干涉儀，其出射光束透過法蘭盤，將法蘭盤的圖案投射至自準直平面鏡，形成亮的圖案，并將該圖案中心
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[0015]4.在匯聚光干涉儀對鏡面面形進行檢測時，出射于匯聚光干涉儀的光束，經待測拋物面鏡反射，入射于自準平面鏡，拋物面鏡幾何中心標記在自準平面上形成暗斑，標記為Bo在干涉儀采集的數據中，會在圖像中心發生明顯的數據缺失，干涉數據在該處不連續。
[0016]4.在自準平面鏡上，測量A與B的直線距離，即為離軸拋物面的離軸量。
[0017]其中，步驟2和步驟3可以互換。
[0018]本發明的優點在于:原理簡單、易操作，解決了離軸拋物面離軸量的測量問題。
【附圖說明】
[0019]圖1為離軸拋物面離軸量檢測光路圖，其中，101為待檢離軸拋物面鏡；102為自準平面鏡；103為法蘭盤；104為平行光干涉儀；105為會聚光干涉儀；201為101鏡面幾何中心的對可見波段高吸收的標記；202為103的中心與會聚光干涉儀焦點重合。
[0020]圖2為法蘭盤盤面中心開圓形小孔圖案示意圖，陰影區為非透可見光區，空白區為透可見光區。
[0021]圖3為法蘭盤盤面中心“田”字圖案示意圖，陰影區為非透可見光區，空白區為透可見光區。
【具體實施方式】
[0022]離軸拋物面的檢測光路如圖1所示，干涉儀發出一匯聚光束，光束匯聚點與拋物面焦點重合，光束經離軸拋物面反射，入射自準平面鏡，經自準平面鏡反射原路返回干涉儀。
[0023]離軸量的定義為:離軸拋物面通光孔徑中心距拋物面母鏡光軸的距離。
[0024]本發明的離軸拋物面離軸量測量方法包括以下幾步:
[0025]I搭建離軸拋物面檢測光路，測試光路包括匯聚光干涉儀、自準平面鏡等檢測設備，檢測光路如圖1所示，光束匯聚點與拋物面焦點重合，光束經離軸拋物面反射，入射自準平面鏡，經自準平面鏡反射原路返回會聚光干涉儀，通過光路調整使得干涉儀獲得的系統波前滿足檢測要求；
[0026]2在離軸拋物面的焦點位置放置具有一定圖案的法蘭盤，并令法蘭盤中心與焦點重合，法蘭盤盤面法線與自準平面鏡法線重合，并在法蘭盤非自準直平面鏡的一側放置平行光干涉儀，且令干涉儀光軸與法蘭盤盤面法線平行。開啟干涉儀，其出射光束透過法蘭盤，將法蘭盤的圖案投射至自準直平面鏡，形成亮的圖案，并將該圖案中心標記為A。
[0027]3離軸拋物面鏡通光孔徑一般為圓，或者橢圓等形狀規則的形狀，在三坐標等精密測量工具監測下，在待測離軸拋物面鏡通光孔徑幾何中心制作某種形狀的標記，該標記采用可見高吸收材料，在干涉儀對鏡面面形進行檢測時，出射于干涉儀的光束，經待測拋物面鏡反射，入射于自準平面鏡，拋物面鏡幾何中心標記在自準平面上形成暗斑，標記為B。在干涉儀采集的數據中，會在圖像中心發生明顯的數據缺失，干涉數據在該處不連續。
[0028]4在自準平面鏡上，測量A與B的直線距離，即為離軸拋物面的離軸量。其中，步驟2和步驟3可以互換。
【主權項】
1.一種離軸拋物面離軸量的測量裝置，包括會聚光干涉儀、平行光干涉儀、自準平面鏡、法蘭盤和對可見波段高吸收的標記，其特征在于: 所述的會聚光干涉儀發出一束匯聚光束，光束匯聚點與拋物面焦點重合，光束經離軸拋物面反射，入射自準平面鏡，經自準平面鏡反射原路返回會聚光干涉儀；所述法蘭盤中心與拋物面焦點重合，且法蘭盤盤面法線與自準平面鏡法線平行；所述的平行光干涉儀放置在法蘭盤非自準直平面鏡的一側，平行光干涉儀出射光束方向與自準平面鏡法線平行，且光束覆蓋法蘭盤；所述的對可見波段高吸收的標記在三坐標精密測量工具監測下，被制作在離軸拋物面鏡通光孔徑幾何中心。2.根據權利要求1所述的一種離軸拋物面離軸量的測量裝置，其特征在于:所述的法蘭盤采用透可見光的玻璃基底，盤上圖案分為透光區域和非透光區域，非透光區域鍍制高反金屬膜，圖案形狀選擇以對點高精度定位為依據，采用圓孔形、“ X ”或“田”字形。3.根據權利要求1所述的一種離軸拋物面離軸量的測量裝置，其特征在于:所述的對可見波段高吸收的標記采用碳素墨水標記為圓點、“ X ”或“田”形狀的高精度定位的圖案，或者采用黑色可黏貼紙標記為圓點、“ X ”或“田”形狀的高精度定位的圖案。4.一種基于權利要求1所述的離軸拋物面離軸量的測量裝置的離軸拋物面離軸量測量方法，其特征在于包括以下步驟: 1).搭建離軸拋物面檢測光路，會聚光干涉儀的光束匯聚點與拋物面焦點重合，光束經離軸拋物面反射，入射自準平面鏡，經自準平面鏡反射原路返回會聚光干涉儀，通過光路調整使得干涉儀獲得的系統波前滿足檢測要求； 2).在離軸拋物面的焦點位置放置具有一定圖案的法蘭盤，并令法蘭盤中心與焦點重合，法蘭盤盤面法線與自準平面鏡法線重合，并在法蘭盤非自準直平面鏡的一側放置平行光干涉儀，令干涉儀光軸與法蘭盤盤面法線平行，且光束覆蓋法蘭盤；開啟干涉儀，其出射光束透過法蘭盤，將法蘭盤的圖案投射至自準直平面鏡，形成亮的圖案，并將該圖案中心標記為A ； 3).離軸拋物面鏡通光孔徑為圓，或者橢圓等形狀規則的形狀，在三坐標精密測量工具監測下，在待測離軸拋物面鏡通光孔徑幾何中心制作某種形狀的標記，該標記采用對可見光波段高吸收的材料，在干涉儀對鏡面面形進行檢測時，出射于干涉儀的光束，經待測拋物面鏡反射，入射于自準平面鏡，拋物面鏡幾何中心標記在自準平面上形成暗斑，標記為B ;在干涉儀采集的數據中，會在圖像中心發生明顯的數據缺失，干涉數據在該處不連續； 4).在自準平面鏡上，測量A與B的直線距離，即為離軸拋物面的離軸量。5.根據權利要求2所述的一種基于權利要求1所述的離軸拋物面離軸量的測量裝置的離軸拋物面離軸量測量方法，其特征在于:所述的步驟2)和步驟3)可以互換。
【專利摘要】本發明公開一種離軸拋物面離軸量的測量裝置及方法，包括會聚光干涉儀、平行光干涉儀、自準平面鏡、法蘭盤和對可見波段高吸收的標記，利用光直線傳播的原理，將離軸拋物面鏡的通光孔徑幾何中心和焦點，投影到自準平面鏡上，并分別標記，通過測量標記間距，測量離軸拋物面鏡的離軸量。本發明的優點在于：原理簡單、易操作，解決了離軸拋物面離軸量的測量問題。
【IPC分類】G01B11/00
【公開號】CN105157570
【申請號】CN201510606624
【發明人】于清華, 孫勝利
【申請人】中國科學院上海技術物理研究所
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年9月22日
【公告號】CN104764410A