结合全反射角定位的非球面参数误差干涉测量方法及系统与流程

文档序号:19687020发布日期:2020-01-14 18:15阅读:来源:国知局

技术特征:

1.结合全反射角定位的非球面参数误差干涉测量方法,其特征在于:其包括以下步骤:

(1)获取被测非球面名义参数,利用光学设计软件设计部分补偿透镜p,得到设计后的部分补偿透镜p的设计参数,建立非球面参数误差干涉测量系统的干涉测量光路,得到名义最佳补偿距离d0,d0是部分补偿镜p第二面到理想非球面顶点的距离;

(2)根据步骤(1)得到的设计后部分补偿透镜p的设计参数,加工出部分补偿透镜p的实物,与参考平面镜、实际被测非球面共同搭建非球面参数误差干涉测量系统的干涉测量光路,根据干涉条纹最稀疏准则找到最佳补偿位置,此时部分补偿透镜p第二面到实际被测非球面顶点的距离为实际最佳补偿距离d1;

(3)在参考平面镜和部分补偿透镜之间插入全反射角定位系统,建立结合全反射角定位的非球面误差干涉测量系统;

(4)调节全反射角定位系统的轴向位置,从参考平面镜端移动到部分补偿透镜端,过程中出现3次第一探测器和第二探测器光强相等,记录下全反射角定位系统第一探测器和第二探测器第2次,第3次光强相等的轴向位置,根据聚焦物镜和部分补偿镜的参数,计算得到实际最佳补偿距离d1,进而获得最佳补偿位置变化δd=d1-d0;

(5)测量被测非球面与理想非球面之间的面形变化,并计算面形变化s4分量的系数δd4;

(6)根据联立的方程组(1)、(2),计算非球面的面型参数误差,实现对非球面的面型参数误差的测量,联立的方程组(1)、(2)的具体形式为:

其中,r0是非球面的顶点曲率半径,δr是顶点曲率半径误差;k0是二次曲面常数,δk是二次曲面常数误差;sa是非球面的特征点到旋转对称轴的径向距离;±的符号选择原则为:凹非球面的符号选择为+,凸非球面的符号选择为–。

2.根据权利要求1所述的结合全反射角定位的非球面参数误差干涉测量方法,其特征在于:所述步骤(1)包括以下分步骤:

(1.1)获取被测非球面名义参数,其包括:被测非球面的口径、顶点曲率半径、二次曲面常数和高次非球面系数;

(1.2)利用获取被测非球面名义参数,结合光学设计软件设计部分补偿透镜p,得到设计后的部分补偿透镜p的设计参数,部分补偿透镜p的设计参数包括:部分补偿透镜p的第一面曲率半径、厚度、材料、第二面曲率半径和口径;

(1.3)结合光学设计软件构建非球面参数误差干涉测量系统模型:

光学设计软件中构建包含部分补偿透镜p的虚拟干涉仪ir,并确定理想非球面的最佳补偿位置,作为部分补偿透镜第二面到理想非球面顶点的轴向距离d0:

其中,d0是部分补偿透镜第二面到理想非球面顶点的轴向距离;lp是部分补偿透镜第二面到部分补偿透镜近轴焦点的距离,通过近轴光学公式进行确定;r0是非球面的顶点曲率半径,k0是二次曲面常数;a4是四次非球面系数;sa是非球面的特征点到旋转对称轴的径向距离,通过斜率非球面度定义进行确定。

3.根据权利要求2所述的结合全反射角定位的非球面参数误差干涉测量方法,其特征在于:所述步骤(2)中,根据步骤(1)得到的设计后部分补偿透镜的设计参数,加工出部分补偿透镜的实物,与参考平面镜、实际被测非球面共同搭建非球面参数误差干涉测量系统的干涉测量光路;利用参考平面镜形成参考光,部分补偿透镜和被测非球面形成测量光,根据参考光与测量光干涉形成的干涉图进行定位,当干涉图的条纹最稀疏的时候,实际被测非球面处于最佳补偿位置,此时部分补偿透镜p第二面到实际被测非球面顶点的距离为实际最佳补偿距离d1。

4.根据权利要求3所述的结合全反射角定位的非球面参数误差干涉测量方法,其特征在于:所述步骤(3)中,在参考平面镜和部分补偿透镜之间插入全反射角定位系统,建立结合全反射角定位的非球面误差干涉测量系统;全反射角定位系统包括:偏振分光棱镜、四分之一波片、聚焦物镜、直角棱镜、第一探测器、第二探测器。

5.根据权利要求1所述的结合全反射角定位的非球面参数误差干涉测量方法,其特征在于:所述光学设计软件包括zemax、codev。

6.根据权利要求1所述的结合全反射角定位的非球面参数误差干涉测量方法的系统,其特征在于:其包括:参考平面镜(1)、全反射角定位系统、部分补偿透镜p(2)、实际被测非球面(5)、实际干涉仪ir;全反射角定位系统包括:偏振分光镜(7)、四分之一波片(8)、聚焦物镜(9)、直角棱镜(12)、第一探测器(10)和第二探测器(11);

其中,实际干涉仪ir、参考平面镜(1)、部分补偿透镜p(2)和实际被测非球面(5)构成非球面参数误差干涉测量系统的干涉测量光路,根据实际干涉仪ir的干涉图对实际被测非球面(5)进行定位,当干涉条纹最稀疏的时候,确定实际被测非球面(5)和部分补偿透镜p(2)之间的距离为被测非球面(5)的最佳补偿位置d1(6);

在参考平面镜(1)和部分补偿透镜p(2)之间插入全反射角定位系统后,平行线偏振激光经过参考平面镜(1)、偏振分光镜(7)、四分之一波片(8)后被聚焦物镜(9)会聚到部分补偿透镜p(2)的第二面,从部分补偿透镜p(2)的第二面反射的光透过聚焦物镜(9)、四分之一波片(8)后被偏振分光镜(7)反射,入射直角棱镜(12),经直角棱镜(12)的斜边全反射后分别被第一探测器(10)和第二探测器(11)记录,此时第一探测器(10)和第二探测器(11)探测到的光强相等,记录此时全反射角定位系统的轴向位置为a轴向位置;向部分补偿透镜p(2)端轴向移动全反射角定位系统,直到第一探测器(10)和第二探测器(11)探测到的光强再次相等,记录此时全反射角定位系统的轴向位置为b轴向位置;根据a轴向位置、b轴向位置、聚焦物镜和部分补偿镜的参数,计算得到实际最佳补偿距离d1。

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