[發明專利]一種光學球面曲率半徑的測量方法

有效

• 申請號: 201110401073.8
• 申請日: 2011-12-06
• 公開（公告）號: CN102519397A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 李杰;伍凡;吳時彬;匡龍;董永春
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G01B11/255
• 分類號: G01B11/255
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉

技術領域

本發明涉及一種光學球面曲率半徑的高精度測量方法，屬于光學測試領域，適用于拋光后光學球面曲率半徑的在位檢測，尤其適用于大口徑、大曲率半徑的檢測。

背景技術

光學球面曲率半徑是決定光學系統成像質量的主要參數之一，曲率半徑的準確測量對光學系統設計及光學球面加工質量審核有著重要的指導意義。

用環式球徑儀測量球面曲率半徑是通過測量出某部分球面對應的矢高及弦半徑，然后計算該球面的曲率半徑，其測量精度取決于被測球面的曲率半徑及儀器的性能。這種方法比較簡便，但是測量誤差較大。

三坐標測量機法是目前比較通用的光學球面曲率半徑的測量方法，通過三坐標測量頭的三維移動采點獲取全口徑測量數據，通過最小二乘擬合的方法得到曲率半徑。三坐標測量機法可以實現較高的測量精度，滿足中小口徑球面曲率半徑的測量。其缺點是需多次接觸被測光學元件，測量時間長，易受環境影響，不能實現在位測量。

傳統的激光球面干涉儀法測量球面曲率半徑的做法是：首先使用干涉儀與光學球面進行共焦定位；在已調整的精密導軌上移動光學球面，配合干涉儀對貓眼點進行定位。通過雙頻激光干涉測距儀或光柵尺測量光學球面移動的距離，即為光學球面曲率半徑。激光球面干涉法直接測量曲率半徑，是目前曲率半徑測量精度最高的方法之一。這種方法的缺點是，需要高精度導軌實現光學球面的直線運動，測量成本高；測量前需對鏡面光學軸、導軌運動軸、距離測量軸進行精確調整，測量效率低。

發明內容

本發明要解決的技術問題：為了克服現有技術存在的不足，本發明提供了一種光學球面曲率半徑的測量方法，可以實現在位測量，測量精度和效率高；且測量成本低。

本發明技術解決方案：一種光學球面曲率半徑的測量方法，實現步驟如下：

步驟S1，通過調整干涉儀的空間位置，使干涉儀出射波前與光學球面共焦；

步驟S2，通過調整標準球的空間位置，使干涉儀出射波前焦點與標準球球心重合；

步驟S3，使用激光跟蹤儀測量標準球球心位置至光學球面的距離；

步驟S4，使用干涉儀數據補償空間位置離焦誤差，補償靶球半徑，計算曲率半徑。

所述步驟S2中調整標準球空間位置，使標準球球心與干涉儀出射焦點重合；標準球應與激光跟蹤儀所使用靶球半徑相同。

所述步驟S3使用激光跟蹤儀測量標準球球心位置至光學球面之間的距離，光學球面上測量點應位于經過激光跟蹤儀原點與光學球面曲率中心的直線上。

本發明的有益效果：本發明相對于傳統測量方法，其測量過程中不需移動光學球面，可以實現在位測量；無需高精度導軌，可以實現大曲率半徑的測量，節省了檢測成本；測量無需復雜的調整，提高了檢測效率；采用干涉定位原理，測量精度高。

附圖說明

圖1為本發明曲率半徑測量的流程圖；

圖2為本發明共焦定位示意圖；

圖3為本發明定位調整干涉條紋圖；

圖4為本發明曲率中心定位示意圖；

圖5為本發明激光跟蹤儀測量距離示意圖；

其中：1表示干涉儀，2表示干涉儀鏡頭，3表示光學球面；4表示五維精密調整臺；5表示標準球，6表示精密調整臺，7表示適配器；8表示激光跟蹤儀，9表示靶球。

具體實施方式

下面結合附圖詳細說明本發明技術方案中涉及的各個細節問題。應指出的是，所描述的實施案例僅旨在便于對本發明的理解，而不起任何限定作用。

如圖1所示，本發明實現為：

1.首先通過調整干涉儀1的空間位置，使干涉儀1出射波前與光學球面3共焦。具體實現為：

(1)根據被測光學球面3的R數(其中R＝r/d，r為球面曲率半徑、d為球面口徑)，選擇相應F數(其中F＝f/D，f為鏡頭焦距、D為鏡頭口徑)的干涉儀鏡頭2。F數相對R數應相同或略小，從而使干涉儀1出射光涵蓋被測的光學球面3，減小測量誤差。

(2)根據干涉儀鏡頭2的F數與被測光學球面3曲率半徑值，利用激光跟蹤儀或米尺進行干涉儀1和被測光學球面3的粗定位，其中，干涉儀鏡頭2與被測光學球面3光軸間距離為f+r。

(3)如圖2所示，使用五維精密調整臺4配合干涉儀1的條紋圖像精確定位共焦位置。如圖3所示，通過調整五維精密調整臺4使干涉圖像出現盡量少(小于10根)的直條紋，并記錄干涉儀1數據擬合結果的Zernike項中離焦系數P₁。

2.如圖4所示，使用標準球5定位曲率中心點，具體的做法為：