一种高精度外直角测量的方法与流程

本发明涉及光学测量领域，更具体的，涉及一种高精度外直角测量的方法。

背景技术：

直角精度的测量是评价很多光学元件性能的关键，包括角锥棱镜、直角棱镜、保罗棱镜、五角棱镜等等。直角精度一般定义为离开绝对的90度的偏差量。通常来说，这些光学元件的直角精度可以通过内角内测量得到，此时测量光束会通过光学元件材料内部，这种情形下，光学元件内部的材料不均匀性会导致光的色散，继而给直角的测量带来额外的误差。此外，有时光学元件的表面因为一些功能上的需要，已经被镀上了反射膜，测量光束难以直接入射到其内部。

外部测量角度的方法分为接触式测量和非接触式测量；接触式测量过程中，容易破坏待测的光学元件，而通过非接触式测量，存在测量精度不高的同时，由于辅助元件精度引入误差，进一步影响最终测量精度。

技术实现要素：

本发明为克服上述现有技术对于外角测量的方案中存在容易破坏待测的光学元件、测量精度低且辅助元件容易引入误差的技术缺陷，提供一种高精度外直角测量的方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种高精度外直角测量的方法，包括以下步骤：

s1：通过两台光轴相互垂直的自准直仪搭建光路，每台自准直仪可以得到各自得到出射光和被反射之后接收到的光之间的偏角，两个偏角被分离成x方向和y方向两个方向上的分量；

s2：利用干涉仪测量空心直角棱镜的直角精度，进行标准的标定；

s3：在x方向和y方向两个维度上分别调节两自准直仪，令自准直仪读数的x和y两个维度上均显示为零，固定自准直仪；

s4：用待测光学元件取代标定用的空心直角棱镜，摆放在两自准直仪光轴相交的位置进行测量。

其中，在所述步骤s2中，所述干涉仪为zygo激光干涉仪。

其中，在所述步骤s2中，选取的空心直角棱镜精度优于30角秒。

其中，用垂直度误差δ0表示标定空心直角棱镜的误差；所述步骤s4x方向上读数为abx，则待测元件的直角精度δc为：δc＝abx-δ0。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明提供的一种高精度外直角测量的方法，利用两台高精度的自准直搭建光路，辅助以一个精密的多维调节机构，用zygo激光干涉仪的测量作为标定的标准，实现对待测元件的外直角的高精度测量。

附图说明

图1为本发明方法流程图。

图2为光路搭建示意图。

图3为标定过程示意图。

图4为本发明测量结果与zygo测量结果对比图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1所示，一种高精度外直角测量的方法，测量流程如下：

s1：如图2所示，将两台自准直仪摆放成图中所示的位置，通过两台光轴相互垂直的自准直仪搭建光路，每台自准直仪可以得到各自得到出射光和被反射之后接收到的光之间的偏角，两个偏角被分离成x方向和y方向两个方向上的分量；

s2：利用zygo激光干涉仪测量一个空心直角棱镜的直角精度，将该空心直角棱镜放在如图3所示的位置，用于标定两自准直仪的位置，选取的空心直角棱镜精度优于30角秒；

s3：在x方向和y方向两个维度上分别调节两自准直仪，令两台自准直仪读数的x和y两个维度上均显示为零，此时认为两准直仪的光轴互相垂直，其垂直度的误差δ0是标定所用空心直角棱镜的误差，该误差已被zygo激光干涉仪测量得到；

s4：用待测光学元件取代标定用的空心直角棱镜，摆放在两自准直仪光轴相交的位置，在x方向、y方向两个维度上调节待测光学元件，使得自准直仪a在x和y两个方向上的读数均为0，此时准直仪b在x方向上的读数abx扣除δ0，得到待测元件的直角精度δc＝abx-δ0。

在具体实施过程中，用该方法测量了16个尺寸为1英寸的直角棱镜的直角精度，同时与zygo激光干涉仪的测量结果进行了比对；实验中所使用的zygo是一台口径6英寸的菲索型激光干涉仪，带有主动隔离振功能，可以隔离地面震动对测量的影响，且被放置于一个亚克力材质的有机玻璃罩子中，可以有效避免空气扰动对测量的影响，直角棱镜样品选取材料均匀性极好的康宁79800f级熔融石英，且样品尺寸较小，由于测量光束经过材料内部导致的相位变化可以忽略不计，因此在zygo测量时可以采用內直角测量法，理论上其结果和外直角测量时应该一致。

在具体实施过程中，如图4给出了两种完全独立的方法进行测量的结果对比，两者的测量结果基本符合，相关性达到了0.998。16个测量样品中，两种方法的最大测量结果差别为2微弧度。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明提供一种高精度外直角测量的方法，包括以下步骤：通过两台光轴相互垂直的自准直仪搭建光路，得到出射光和被反射之后接收到的光之间的偏角，该偏角被分离成X方向和Y方向两个方向上的分量；利用干涉仪测量空心直角棱镜的直角精度，进行标准的标定；在X方向和Y方向两个维度上分别调节两自准直仪，令自准直仪读数的X和Y两个维度上均显示为零，固定自准直仪；用待测光学元件取代标定用的空心直角棱镜，摆放在两自准直仪光轴相交的位置进行测量。本发明提供的一种高精度外直角测量的方法，利用两台高精度的自准直搭建光路，辅助以一个静密的多维调节机构，用激光干涉仪的测量作为标定的标准，实现对待测元件的外直角的高精度测量。

技术研发人员：刘祺;何芸;李祝;段会宗;覃璇;叶贤基
受保护的技术使用者：中山大学
技术研发日：2018.08.27
技术公布日：2018.12.07