一种非球面光纤细丝测量方法
【专利摘要】本发明涉及一种非球面光纤细丝测量方法，该方法通过调整装置使得光纤端面发出的光照射被测非球面镜反射回来的部分光线被与光纤在同一个面上的细丝挡住，其余光线被镀有反射膜的直角梯形棱镜发射进入CCD，计算机里面就呈现出被测镜面上有一圈暗环。暗环的法线与光轴的交点就是细丝的位置。纵向移动测量装置，采集各幅镜面各个位置的阴影图，进行相关计算。本发明利用光纤直径小而作为光源，相比传统的刀口仪缩小了光源的尺寸大小。同时光纤基本不发热，检测时避免了光在传播过程中由于空气受热不均匀而发生折射，提高了检测的精确性。白光光源通过汇聚透镜耦合进入光纤，使用时光的衍射效应大大降低，阴影的边界更明显，有效发现镜面的环带误差。
【专利说明】-种非球面光纤细竺测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于先进光学制造与检测领域，具体设及一种非球面光纤细丝测量方法。
【背景技术】
[0002] 大口径高睹度非球面具有缩短系统长度，减轻系统的重量，提高系统的成像质量 等优点，因此它在大口径天文望远镜、空间光学系统等领域有着广泛的应用。特别是近=十 年来，随着计算机控制小磨头抛光、能动磨盘抛光，离子束抛光等一批先进加工制造技术的 出现及应用，更是大大的推动了该类系统在空间通讯、光束定向、目标观测识别等领域的应 用。基于该种情况，许多国家纷纷将大口径高睹度非球面制造技术视为许多大科学项目重 要的单元支撑技术之一。大口径高睹度非球面主镜的可靠检测则是保证其加工的前提条件 和基础。
[0003] 然而，非球面的检测要比球面困难得多，该是因为；球面有无数个对称轴，而非球 面只有一个，所W非球面不能采用球面加工时的对研方法加工；非球面各环带的曲率半径 不同，在抛光时面形难W修正。傅科刀口是一种检验有无横向像差的方法，做法是把光线或 衍射光所穿过的一个平面的某一部分挡住，使有相差的范围内出现阴影。傅科检验法操作 简单、容易识别、在众多光学检验方法中是独一无二的。完全可W把傅科刀口检验法看做是 光学车间使用的一个最重要的检验方法，其余各种检验法都是在其基础上发展而成的。傅 科检验法可用于：测量反射镜上各个带区的曲率半径；作为零检验方法，用于检查球形波 面的所有带区是否拥有相同的曲率半径。然而傅科刀口法对测量环带误差量并不敏感。因 此不能检验出非球面形的微小细节，傅科图在检验非球面误差时用处也不大。由此将刀口 进行改进为细丝检验法，其使用方式与带区刀口检验法相类似，即在一个非常窄的带区内 遮挡偏离光线。为此，在靠近各种环状带区的法线与被检反射镜表面的光轴相交的位置放 置一根不透明的细丝，该样，当被检验的环带在均匀的明亮背景下变暗时，就能在光学表面 上找到一个特殊环带的特殊交点。亚利桑那大学就用过此种细丝方法对3. 75m的主镜进行 镜面参数的测量和确定。目前基本上各天文望远镜面形都是二次型反射式的，顶点曲率半 径和二次常数是非球面的两个重要的特征参数，它的准确测量和控制对确保非球面镜零检 验的可靠性非常重要。非球面的面形表达式主要由双曲线、抛物线和楠圆的部分绕其中屯、 轴旋转而成的，表达式如下：
[0004]
【权利要求】
1. 一种非球面光纤细丝测量方法，其特征在于：该方法步骤如下： (a) 调整实验装置 构建实验装置，该实验装置包括被测非球面镜（1)、直角梯形棱镜（2)、细丝（3)、光纤 (4)、汇聚透镜（5)、白光光源（6)、CCD (7)和计算机（8)，调节光纤（4)接口的位置使得透镜 汇聚的白光耦合进入光纤（4)，光纤（4)的另一端与直角梯形棱镜（2)的边缘对齐，并固定 在直角梯形棱镜（2)上，校准细丝（3)的位置使光纤（4)的端面与细丝（3)在同一个面上， 光纤（4)端面与细丝（4)的距离固定为3mm左右，并将CCD (7)、直角梯形棱镜（2)、光纤（4) 和细丝（3)集成为一个整体放置在一个调整架上，将此实验装置放在被测非球面镜（1)的 顶点曲率中心附近，通过观察计算机（8)上面的图像调整出对称的阴影环带图； (b) 测量距离，采集图像 通过激光跟踪仪完成曲率中心初始位置的测量，然后按照一定的步长纵向调节调整 架，测量得到的初始距离加上调节的距离就是镜面上阴影处的法线在光轴上的交点与镜面 顶点的距离，将计算机里采集到的每个位置对应的阴影图保存起来； (c) 图像处理，计算环带半径 将采集得到的图像用计算机内已经编好的程序进行环带内边缘和环带外边缘的提取 处理，取内外边缘环带的像素半径之和的一半作为该阴影环带的像素半径，按照镜面与图 像对应的比例关系计算出镜面上阴影环带的半径； (d) 计算结果 将镜面上各环阴影的半径与纵向的法线高度对应起来，利用计算内编好的程序计算出 被测镜面的顶点曲率半径和二次常数。
2. 如权利要求1所述的非球面光纤细丝测量方法，其特征在于：光源采用白光光源，由 各种不同颜色的光组成，实验时光的衍射相互重叠，使得衍射效应不明显，提高了阴影边缘 明暗的对比度，便于阴影环带边缘提取，同时光源的亮度可调同样提高了图像中阴影的对 比度。
3. 如权利要求1所述的非球面光纤细丝测量方法，其特征在于：发光点采用光纤，通过 mat 1 ab仿真知道发光点越小，细丝的直径越细按照上述方法计算环带的半径越准确，光纤 内芯直径可以做到0. 01mm比刀口最小的孔还小，提高了准确性，同时光纤基本不发热，从 而避免了光在传播过程中由于温度的变化而引起空气折射率的变化使光的传播方向发生 改变，因此CCD采集到的图像比较稳定。
4. 如权利要求1所述的非球面光纤细丝测量方法，其特征在于：光纤端面与直角梯形 棱镜齐平并固定在棱镜上，细丝与光纤距离3mm左右，并且固定在同一个面上。
5. 如权利要求1所述的非球面光纤细丝测量方法，其特征在于：直角梯形棱镜的厚度 在5_左右，倾斜面镀有反射膜，做成这种形状主要使方便C⑶有更大的距离调整范围，使 镜面上反射回来的光经过直角梯形棱镜倾斜面反射后能够全部进入CCD，若在暗室中测量， 效果更好。
【文档编号】G01B11/255GK104501722SQ201510005702
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2015年1月7日 优先权日:2015年1月7日
【发明者】吴永前, 黄传科, 范斌 申请人:中国科学院光电技术研究所