一种基于环形扫描斜率提取非球面面形测量系统及方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于环形扫描斜率提取非球面面形测量系统及方法，属于光电技术检测领域，所述测量系统包括激光器、扩束系统透镜组、刻蚀不透明点的平面透镜、成像CCD和一维电控移动台构成；本发明基于环形扫描斜率提取的非球面面形测量，无需补偿器，动态范围大，精度高，其研究成果可用于主镜初抛阶段的检测，解决相关技术瓶颈，具有重要的工程应用价值和现实意义。
【专利说明】一种基于环形扫描斜率提取非球面面形测量系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于先进光学制造与检测领域，涉及一种光学检测装置，特别涉及一种大口径非球面主镜检测系统及方法。
【背景技术】
[0002]大口径高陡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。特别是近三十年来，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，更是大大的推动了这类系统在空间通讯、光束定向、目标观测识别等领域的应用。基于这种情况，许多国家纷纷将大口径高陡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。大口径高陡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。由于大口径高陡度非球面本身的特殊性，导致与之相应的检测方法和测量仪器仍存在诸多挑战，主要表现为:
[0003](I)大口径光学元件阶段面形检测易存在精度衔接空隙。光学件面形加工一般分为成型、研磨、抛光三个阶段，研究表明各阶段加工精度如表1所示。
[0004]表1大口径光学件不同加工阶段的面形精度
[0005]
【权利要求】
1.一种基于环形扫描斜率提取非球面面形测量系统，其特征在于:所述测量系统包括激光器、扩束系统透镜组、刻蚀不透明点的平面透镜、成像CXD和一维电控移动台构成；测量系统放置在被测非球面镜的曲率中心附近，激光器发出的光经过扩束后经透镜组汇聚到平面透镜的外表面，光束汇聚到平面透镜的外表面时形成无像差点，在汇聚点的旁边刻蚀了很小的一个点，与光束聚焦点偏离毫米量级，刻蚀点微米大小；点光源发出的光，照射到被测非球面镜会反射回来，沿着镜面法线入射的光线会沿原光路返回，使点光源微小偏离光轴，镜面法线环带的光线会汇聚到被刻蚀的点上；镜面法线环带的光线被阻挡，其它环带的光没有被阻挡，则在成像CXD上可以看到镜面上法线处为一圈暗环；通过分析镜面成像的光强图，读出对应环带一维电控移动平台移动的距离，计算出环带的斜率，再通过对斜率积分得到被测非球面的面形。
2.如权利要求1所述的基于环形扫描斜率提取非球面面形测量系统，其特征在于:所述刻蚀不透明点的平面透镜上刻蚀的暗点与系统形成的无像差点光源之间的距离8毫米以内。
3.如权利要求1所述的基于环形扫描斜率提取非球面面形测量系统，其特征在于:所述激光器产生的点光源，光强均匀性良好，能满足被测非球面的均匀照明。
4.一种基于环形扫描斜率提取非球面面形测量方法，其实现步骤如下: (1)将权利要求1所述的测量系统置于被测非球面镜顶点曲率中心附近，调整一维电控移动平台使其沿着光轴移动； (2)用激光跟踪仪定位出被测非球面镜与测量系统的初始位置之间的距离，此距离作为镜面上初始环形暗环所对应的距离，具体定位方式如下: (a)在被测非球面镜上作三个标记点，用激光跟踪仪定位出三个标记点之间的相对位置关系，建立以非球面顶点为坐标原点的坐标系； (b)在平面透镜上作三个标记点，用激光跟踪仪定位出三个标记点之间的相对位置关系，建立一个坐标系； (C)将两个建立的坐标系同一到被测非球面镜顶点为坐标原点的坐标系下，得到两个坐标系的位置矩阵关系，通过这个位置矩阵关系就可以计算得到被测镜面到平面透镜的距离； (3)按照一定步长沿光轴移动一维移动平台，通过CXD记录每次移动暗环在镜面上所对应的位置，并且记录一维移动平台与之对应的移动距离，沿着光轴扫描整个被测非球面镜，记录所有的暗环及与之对应的移动距离； (4)提取暗环的质心半径，计算每个暗环对应的斜率，积分恢复得到整个被测非球面镜。
【文档编号】G01B11/24GK104075667SQ201410294133
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月25日 优先权日:2014年6月25日
【发明者】吴永前, 黄传科, 范斌, 刘锋伟 申请人:中国科学院光电技术研究所