[發(fā)明專利]光學系統(tǒng)定心定位裝置及其使用方法

有效

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• 申請日: 2011-12-29
• 公開（公告）號: CN102538689A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設計）人: 肖艷芬;楊寶喜;謝承科;胡中華;曾愛軍;陳明;朱菁;黃惠杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06;G01B11/14;G01B11/02;G01B11/26;G02B7/00;G02B23/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發(fā)明涉及光學系統(tǒng)，特別是一種用于光學系統(tǒng)裝校時的光學系統(tǒng)定心定位裝置及其使用方法。

背景技術

光學中心偏差是光學儀器制造誤差中一項對整機光學裝配質量影響較大，同時也較難控制的誤差。光學元件中心偏差的存在破壞了光學系統(tǒng)的共軸性，導致成像質量的下降。光學中心間隔誤差是光學儀器制造誤差中的另外一項重要誤差，它的存在直接影響到光學系統(tǒng)的成像性能。

在光學系統(tǒng)的裝校過程中，特別是精密光學系統(tǒng)，如投影光刻機物鏡、航測鏡頭、干涉儀標準鏡頭、激光諧振腔腔長、空間激光通信地面驗證系統(tǒng)等的裝配過程中，對光學中心偏差和中心間隔都有很嚴格的控制要求。

因此，在光學儀器裝調過程中如何有效解決光學元件的中心偏差和中心間隔誤差是保證光學系統(tǒng)性能的關鍵所在。

在實際工作中，測量光學中心偏差的方法主要有兩種：一種是靜止法，另一種是旋轉法。靜止法是以某些測量儀器的視軸為基準，測量各球心自準直像偏離儀器視軸的偏差，然后進行計算。而旋轉法是以一個精密機械軸系為測量基準軸，將被測系統(tǒng)固定在旋轉軸上，當軸系旋轉時，所有的反射自準像都做劃圓運動，測出各球心自準像相對于劃圓中心的相對位置就得到中心偏差。

測量光學系統(tǒng)各元件的中心間隔主要有兩種方法：一種是機械法，另一種是干涉法。機械法采用接觸的方式測量光學元件的中心厚度和隔圈厚度，通過計算得到光學元件之間的間隔。機械法只能在光學裝校中進行測量，一旦裝校工作完成，就不能測量整個光學系統(tǒng)的中心厚度和空氣間隔了，無法判斷影響成像質量的因素。機械法測量采用間接測量得到光學系統(tǒng)的中心空氣間隔，誤差一般較大。干涉法是采用邁克爾遜干涉的原理進行測量，該方法以非接觸方式，通過光的干涉，測量光學元件的中心厚度和間隔，其測量精度可達納米級，干涉法在裝校過程中和裝校完成后都可以進行中心厚度和間隔的測量。

目前，市場上有很多商品化的光學中心偏差測量儀，一般用于照相機鏡頭、攝像鏡頭等小型光學元件。對于投影光刻機物鏡、航測鏡頭等高精度、大型光學儀器的光學中心偏差測量儀，只有國外少數公司可以制造，且價格非常昂貴。雖然，國內有單位研制了光學定心儀，但未形成商品化的產品。將光學中心偏差測量與光學中心厚度和間隔測量集成于一體的光學定心定位裝置，在目前市場上還沒有成熟的產品出現。有些單位是分別采購不同公司的光學定心儀和光學定位儀，通過一些裝置將它們機械地合并在一起，這樣必然大大提高采購成本。此外，市場上商品化的白光光纖干涉儀在測量過程中，只能通過觀察探測到反射光束信號的強弱來判斷兩個光軸的對準狀態(tài)，無法監(jiān)視測量光束光軸和被檢光學系統(tǒng)光軸的對準狀態(tài)，無法使其測量光束光軸和被檢光學系統(tǒng)光軸精確對準，帶來測量信號弱，不易探測，操作不便等問題。

由于工作環(huán)境的需求，一些光學系統(tǒng)需要采用光軸和地面平行的臥式姿態(tài)工作，或以其它復雜姿態(tài)放置，裝配這些光學系統(tǒng)必然要考慮光學元件自身重力帶來的中心偏差。目前，市場上銷售的高精度中心偏差測量儀一般采用立式旋轉反射法，無法有效測量這些光學系統(tǒng)的中心偏差問題，如神光裝置、空間激光通訊地面驗證系統(tǒng)、光刻機照明系統(tǒng)等大型光學裝置中都存在的大量臥式工作系統(tǒng)。

發(fā)明內容

針對上述現有技術存在的不足，本發(fā)明要解決的技術問題是：提供一種光學系統(tǒng)定心定位裝置及其使用方法，該裝置在光學裝校過程中能夠同時測量光學元件的中心偏差、中心厚度和中心間隔，對光學系統(tǒng)進行定心定位的裝置，該裝置適用于臥式或具有轉折光軸等復雜工作姿態(tài)同軸光學系統(tǒng)的裝配調試，同時還可推廣應用到旋轉反射法光學系統(tǒng)的定心定位裝配、光學透鏡中心偏差和中心厚度的測量、光學透鏡的膠合、光學透鏡的定心磨邊、精密角度測量、精密位置測量等。

本發(fā)明的技術解決方案如下：

一種光學系統(tǒng)定心定位裝置，特點在于其構成包括內調焦望遠鏡、白光光纖干涉儀、電子學部分、計算機、調整架、導軌和光學平臺，上述元部件的位置關系如下：

所述的白光光纖干涉儀、電子學部分、計算機和導軌置于所述的光學平臺上，所述的內調焦望遠鏡置于所述的調整架上，所述的調整架為一個四維調整架，用于調整所述的內調焦望遠鏡的高低、左右位移和俯仰、方位傾斜，所述的調整架置于所述的導軌上，所述的調整架在所述的導軌上移動，用于調節(jié)所述的內調焦望遠鏡的軸向移動；

所述的內調焦望遠鏡由光源、聚光鏡組、棱鏡、場鏡分劃板、調焦鏡組、固定鏡組、分光鏡、中繼透鏡和CCD探測器組成，所述的固定鏡組、調焦鏡組、場鏡分劃板、分光鏡、中繼透鏡和CCD探測器構成內調焦望遠鏡的光軸；