专利名称：立式大量程高精度光学平面测试装置的制作方法
技术领域：
本发明属于光学测试仪器领域，具体涉及一种立式大量程高精度光学平面测试装置。
背景技术：
对光学成像系统波前的检验是高分辨率光学系统成像质量检测的重要手段。采用自准法对光学系统波前检测时(光轴水平)，需要对立式大口径平面镜面形情况进行复测和监测，而现有方法对光学平面镜的检测需要干涉仪和基准平面镜，常规高精度测量光学平面镜面形的方法是干涉测量法，需要干涉仪口径不小于被测试平面镜口径；同时，需要提供至少同等口径的平面基准镜。如图I所示，现有的测试装置包括干涉仪I、被测系统2和平面镜3 ;干涉仪I发出被测光线经过被测系统2后由平面镜3反射回干涉仪1，被测光线和基准光产生干涉条纹，经过其内部图象采集、测试与计算处理后，给出被测试系统光学波 前像差。目前国外平面干涉仪可测试最大口径为600_;国内没有此类设备。现有的测量方法对设备的加工要求高，且机械扰动性对测量方法影响较大。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种立式大量程高精度光学平面测试装置，该装置可实现大口径光学平面反射镜在使用过程中的面形校准与监测，且测试精度高。本发明解决技术问题所采用的技术方案如下立式大量程高精度光学平面测试装置，该装置包括支撑底台、水平转台、精密转台、长导轨、第一反射镜、第二反射镜、第一测角装置、第二测角装置、滑板、数据采集分析系统和电控系统；支撑底台上依次放置水平转台和精密转台，精密转台的一侧与长导轨连接，长导轨上安装滑板、第一测角装置和第二测角装置；第一反射镜和第二反射镜固定在滑板上，滑板在长导轨上运动；数据采集分析系统控制第一测角装置和第二测角装置，电控系统控制精密转台和滑板运动。工作原理由两个测角装置发出基准光线经两个反射镜折转到被测试平面反射镜上，然后经反射由原路返回，通过两个测角装置接收和测试获得各自光线偏转角度，两个测角装置的角度差值变化量即为测试点之间的角度变化值；通过两个反射镜在长导轨上的等间隔移动而获得各个测试点之间的角度变化值，用此角度变化值和间隔量的乘积可获得测试点间的高度变化值，从而测试出平面镜在此方向上的轮廓形状；同时，经过精密转台的不同角度转动定位实现对平面镜在不同方向上的轮廓形状测试，最后对测试数据进行分析计算而获得平面镜整体、全口径面形轮廓图。本发明的有益效果是
(I)本发明采用直接测量方式，避免了传统的相对测量方法所需要采用口径相当的基准平面镜和干涉仪。(2)本发明利用了测角装置在测试光学波前质量的同时可精确提供波前倾斜信息的特点，并且具有体积小、重量轻、精度高，数字化程度高，不同姿态使用不影响测试结果的特点，灵活方便使用，设备承载量减小，精度易于保证。(3)本发明采用两套测角装置和反射镜相组合的方式测试角度变化量，从而大幅度降低设备结构不稳定性对测试精度的影响，也降低了对测试环境的要求，较易达到稳定性的要求。
图I现有技术中的位相差测试装置的结构图。图2本发明立式大量程高精度光学平面测试装置的结构图。图3是由本发明获得的光学面形轮廓图。图中1、干涉仪，2、被测系统，3、平面镜，4、升降支腿，5、支撑底台，6、水平转台，7、配重块，8、垂直精密转台,9、连接轴，10、长导轨,11、第一五棱镜，12、第二五棱镜，13、第一哈德曼波前测试仪，14、第二哈德曼波前测试仪，15、滑板，16、数据采集分析系统，17、电控系统，18、承载板，19、平面反射镜和20、条带区域。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。如图2所示，立式大量程高精度光学平面测试装置包括四个升降支腿4、支撑底台5、水平转台6、配重块7、垂直精密转台8、连接轴9、长导轨10、第一五棱镜11、第二五棱镜12、带有自准光源的第一哈德曼波前测试仪13、带有自准光源的第二哈德曼波前测试仪14、滑板15、数据采集分析系统16、电控系统17和承载板18 ;四个升降支腿9均布在支撑底台5的四个边角处，水平转台6置于支撑底台5上，垂直精密转台8置于水平转台6上，配重块7固定在垂直精密转台8的一端，连接轴9的一端固定在垂直精密转台8的另一端，垂直精密转台8通过连接轴9与承载板18连接，承载板18与长导轨10连接，滑板15在长导轨10上滑动；第一五棱镜11和第二五棱镜12固定在滑板15上,带有自准光源的第一哈德曼波前测试仪13和第二哈德曼波前测试仪14均固定在长导轨10上；电控系统17与垂直精密转台8和滑板15的内部电路驱动部件连接，用于控制垂直精密转台8的竖直方向转动角度和滑板15上安装的第一五棱镜11和第二五棱镜12的直线移动位置和距离；数据采集分析系统16与第一哈德曼波前测试仪13和第二哈德曼波前测试仪14连接，用于采集、计算与分析测角数据；被测试平面反射镜18位于滑板15的前方。本发明立式大量程高精度光学平面测试装置的测量方法如下步骤一将经由第一哈德曼波前测试仪13和第二哈德曼波前测试仪14发出的平行光分别对准第一五棱镜11和第二五棱镜12,平行光经第一五棱镜11和第二五棱镜12折转90°，分别入射到被测试的大口径平面反射镜19上，调整平面反射镜19，使得经平面反射镜19反射后的平行光分别返回到第一哈德曼波前测试仪13和第二哈德曼波前测试仪14；
步骤二 由电控系统17控制竖直转动垂直精密转台8，通过连接轴9使得滑板15转动到所要测试的平面反射镜19的待测条带区域20，转动水平转台6和调整升降支腿4，使得平行光垂直入射到被测平面反射镜18上，完成对测试系统的校准；步骤三通过第一五棱镜11与第二五棱镜12在大量程直线长导轨10上的等间隔移动，获得不同测试点上沿移动方向的角度变化量，此角度变化量与移动间隔的乘积即为被测试平面反射镜18在此方向上的两间隔点之间的高度差，在每一个测试点处读取第一哈德曼波前测试仪13和第二哈德曼波前测试仪14显示的角度值，记录二者角度差值变化量，由数据采集分析系统16完成对被测平面反射镜19在该条带区域20的轮廓测试；步骤四重复操作步骤二和步骤三，如图3所示，可依次完成被测平面反射镜19的多个条带区域20的轮廓测试。本发明测试装置中影响测角精度的主要因素为测角仪测试精度、扫描导轨精度、转台精度与稳定性。测角仪采用允许多种状态使用的高精度哈德曼波前测试仪，由于其体积小、重量轻，可在不同姿态下使用，测试精度不受重力影响，因而，可实现该装置中在不同 方位角度上对光学波前条带区域轮廓扫描测试的功能；由于五棱镜的光学特性，在测试方向上对机械扰动不敏感，因此，对导轨精度要求不过高，可实现加工，对I. 5米有效形成的长导轨10，精度要求10'丨，而承载板18控制导轨的精度。对转台的要求主要是在对平面反射镜19测试条带扫描测试过程中不要晃动，因此，需要有良好的精度即3 '丨和锁紧机构即可。本发明的测试装置结构简单，易于设计加工，可测试口径主要取决于长导轨10的有效量程，对于I. 5m量程的长导轨10,由于五棱镜的光学特性,在测试方向上对机械扰动不敏感，因此，对长导轨10加工精度要求不高，较易达到。
权利要求
1.立式大量程高精度光学平面测试装置，其特征在于，该装置包括支撑底台、水平转台、精密转台、长导轨、第一反射镜、第二反射镜、第一测角装置、第二测角装置、滑板、数据采集分析系统和电控系统； 所述支撑底台上依次放置水平转台和精密转台，精密转台的一侧与长导轨连接，长导轨上安装滑板、第一测角装置和第二测角装置；所述第一反射镜和第二反射镜固定在滑板上，滑板在长导轨上运动；所述数据采集分析系统控制第一测角装置和第二测角装置，电控系统控制精密转台和滑板运动。
2.如权利要求I所述的立式大量程高精度光学平面测试装置，其特征在于，所述第一反射镜和第二反射镜为五棱镜。
3.如权利要求I所述的立式大量程高精度光学平面测试装置，其特征在于，所述第一测角装置和第二测角装置为双哈德曼波前传感器。
4.如权利要求I所述的立式大量程高精度光学平面测试装置，其特征在于，该装置还包括升降支腿；所述升降支腿固定在支撑底台下方。
5.如权利要求I所述的立式大量程高精度光学平面测试装置，其特征在于，该装置还包括配重块；所述配重块固定在精密转台的一侧。
6.如权利要求I所述的立式大量程高精度光学平面测试装置，其特征在于，该装置还包括连接轴；所述精密转台通过连接轴与长导轨连接。
7.如权利要求I或6所述的立式大量程高精度光学平面测试装置，其特征在于，该装置还包括承载板；所述承载板位于连接轴和长导轨之间。
全文摘要
立式大量程高精度光学平面测试装置属于光学测试仪器领域，该装置包括支撑底台、水平转台、精密转台、长导轨、第一反射镜、第二反射镜、第一测角装置、第二测角装置、滑板、数据采集分析系统和电控系统；支撑底台上依次放置水平转台和精密转台，精密转台的一侧与长导轨连接，长导轨上安装滑板、第一测角装置和第二测角装置；第一反射镜和第二反射镜固定在滑板上，滑板在长导轨上运动；数据采集分析系统控制第一测角装置和第二测角装置，电控系统控制精密转台和滑板运动。该装置其体积小、重量轻，可在不同姿态下使用，测试精度不受重力影响，结构简单，易于设计加工，可测试口径主要取决于长导轨的有效量程。
文档编号G01B11/24GK102878949SQ20121036389
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月26日 优先权日2012年9月26日
发明者马冬梅, 宋立维, 王涛 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所