CN105157570A - 一种离轴抛物面离轴量的测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种离轴抛物面离轴量的测量装置及方法，包括会聚光干涉仪、平行光干涉仪、自准平面镜、法兰盘和对可见波段高吸收的标记，利用光直线传播的原理，将离轴抛物面镜的通光孔径几何中心和焦点，投影到自准平面镜上，并分别标记，通过测量标记间距，测量离轴抛物面镜的离轴量。本发明的优点在于：原理简单、易操作，解决了离轴抛物面离轴量的测量问题。

Description

一种离轴抛物面离轴量的测量装置及方法

技术领域

本发明属于光学元件加工检测技术，具体指一种离轴抛物面离轴量的测量装置及方法，它用于离轴抛物面镜面加工过程中镜面镀膜前的检验。

技术背景

随着空间光学遥感技术的应用需求，传统同轴光学系统已经无法满足该需求，离轴光学系统开始广泛应用。随之而来，离轴光学元件的加工与检测是离轴光学系统研制过程中的必要步骤，其中离轴量是离轴光学元件特有的几何参量，不同于传统同轴光学元件的其他几何参量。本发明公开一种离轴抛物面镜的离轴量的检测方法，为离轴光学元件的离轴量测量提供一种方法。

发明内容

本发明提出了一种离轴抛物面离轴量的测量装置及方法，该方法利用光直线传播的原理，将离轴抛物面镜的通光孔径几何中心和焦点，投影到自准平面镜上，并分别标记，通过测量标记间距，测量离轴抛物面镜的离轴量。

离轴抛物面的检测装置如图1所示，汇聚光干涉仪发出一束汇聚光束，光束汇聚点与抛物面焦点重合，光束经离轴抛物面反射，入射自准平面镜，经自准平面镜反射原路返回会聚光干涉仪。

离轴量的定义为：离轴抛物面镜通光孔径为圆，或者椭圆等形状规则的形状，该形状的镜面几何中心距抛物面母镜光轴的距离即为离轴抛物面镜的离轴量。

在离轴量检测前，在离轴抛物面镜镜面几何中心制作对可见波段高吸收的标记。离轴抛物面镜通光孔径为圆，或者椭圆等形状规则的形状。标记的制作在三坐标等精密测量工具监测下完成。该标记采用碳素墨水标记为圆点、“×”或“田”等形状的高精度定位的图案，或者采用黑色可黏贴纸标记为圆点、“×”或“田”等形状的高精度定位的图案。

在离轴量检测前，制作法兰盘，法兰盘采用透可见光的玻璃基底，盘上图案分为透光区域和非透光区域，非透光区域镀制高反金属膜，图案形状选择以对点高精度定位为依据，可以采用用圆孔形、“×”或“田”字形，如图2和图3所示。

离轴量检测时，法兰盘中心与离轴抛物面镜的焦点重合，法兰盘盘面法线与自准平面镜法线重合，并在法兰盘非自准直平面镜的一侧放置平行光干涉仪，令干涉仪光轴与法兰盘盘面法线平行，且光束覆盖法兰盘；开启干涉仪，其出射光束透过法兰盘，将法兰盘的图案投射至自准直平面镜，形成亮的图案，标记为A。

在离轴抛物面检测时，会聚光干涉仪对镜面面形进行检测，出射于干涉仪的光束，经待测抛物面镜反射，入射于自准平面镜，抛物面镜几何中心标记在自准平面上形成暗斑，标记为B。

在自准平面镜上，测量A与B的直线距离，即为离轴抛物面的离轴量。

本发明的离轴抛物面离轴量测量方法包括以下步骤：

1.离轴量测量前，在三坐标等精密测量工具监测下，在待测离轴抛物面镜通光孔径几何中心制作对可见光波段高吸收的标记，并制作带有透可见光图案的法兰盘。

2.搭建离轴抛物面检测光路，测试光路包括汇聚光干涉仪、自准平面镜等检测设备，检测光路如图1所示，光束汇聚点与抛物面焦点重合，光束经离轴抛物面反射，入射自准平面镜，经自准平面镜反射原路返回会聚光干涉仪，通过光路调整使得干涉仪获得的系统波前满足检测要求；

3.在离轴抛物面的焦点位置放置具有一定图案的法兰盘，并令法兰盘中心与焦点重合，法兰盘盘面法线与自准平面镜法线重合，并在法兰盘非自准直平面镜的一侧放置平行光干涉仪，令干涉仪光轴与法兰盘盘面法线平行，且光束覆盖法兰盘。开启干涉仪，其出射光束透过法兰盘，将法兰盘的图案投射至自准直平面镜，形成亮的图案，并将该图案中心标记为A。

4.在汇聚光干涉仪对镜面面形进行检测时，出射于汇聚光干涉仪的光束，经待测抛物面镜反射，入射于自准平面镜，抛物面镜几何中心标记在自准平面上形成暗斑，标记为B。在干涉仪采集的数据中，会在图像中心发生明显的数据缺失，干涉数据在该处不连续。

4.在自准平面镜上，测量A与B的直线距离，即为离轴抛物面的离轴量。

其中，步骤2和步骤3可以互换。

本发明的优点在于：原理简单、易操作，解决了离轴抛物面离轴量的测量问题。

附图说明

图1为离轴抛物面离轴量检测光路图，其中，101为待检离轴抛物面镜；102为自准平面镜；103为法兰盘；104为平行光干涉仪；105为会聚光干涉仪；201为101镜面几何中心的对可见波段高吸收的标记；202为103的中心与会聚光干涉仪焦点重合。

图2为法兰盘盘面中心开圆形小孔图案示意图，阴影区为非透可见光区，空白区为透可见光区。

图3为法兰盘盘面中心“田”字图案示意图，阴影区为非透可见光区，空白区为透可见光区。

具体实施方式

离轴抛物面的检测光路如图1所示，干涉仪发出一汇聚光束，光束汇聚点与抛物面焦点重合，光束经离轴抛物面反射，入射自准平面镜，经自准平面镜反射原路返回干涉仪。

离轴量的定义为：离轴抛物面通光孔径中心距抛物面母镜光轴的距离。

本发明的离轴抛物面离轴量测量方法包括以下几步：

1搭建离轴抛物面检测光路，测试光路包括汇聚光干涉仪、自准平面镜等检测设备，检测光路如图1所示，光束汇聚点与抛物面焦点重合，光束经离轴抛物面反射，入射自准平面镜，经自准平面镜反射原路返回会聚光干涉仪，通过光路调整使得干涉仪获得的系统波前满足检测要求；

2在离轴抛物面的焦点位置放置具有一定图案的法兰盘，并令法兰盘中心与焦点重合，法兰盘盘面法线与自准平面镜法线重合，并在法兰盘非自准直平面镜的一侧放置平行光干涉仪，且令干涉仪光轴与法兰盘盘面法线平行。开启干涉仪，其出射光束透过法兰盘，将法兰盘的图案投射至自准直平面镜，形成亮的图案，并将该图案中心标记为A。

3离轴抛物面镜通光孔径一般为圆，或者椭圆等形状规则的形状，在三坐标等精密测量工具监测下，在待测离轴抛物面镜通光孔径几何中心制作某种形状的标记，该标记采用可见高吸收材料，在干涉仪对镜面面形进行检测时，出射于干涉仪的光束，经待测抛物面镜反射，入射于自准平面镜，抛物面镜几何中心标记在自准平面上形成暗斑，标记为B。在干涉仪采集的数据中，会在图像中心发生明显的数据缺失，干涉数据在该处不连续。

4在自准平面镜上，测量A与B的直线距离，即为离轴抛物面的离轴量。其中，步骤2和步骤3可以互换。

Claims (5)

1.一种离轴抛物面离轴量的测量装置，包括会聚光干涉仪、平行光干涉仪、自准平面镜、法兰盘和对可见波段高吸收的标记，其特征在于：

所述的会聚光干涉仪发出一束汇聚光束，光束汇聚点与抛物面焦点重合，光束经离轴抛物面反射，入射自准平面镜，经自准平面镜反射原路返回会聚光干涉仪；所述法兰盘中心与抛物面焦点重合，且法兰盘盘面法线与自准平面镜法线平行；所述的平行光干涉仪放置在法兰盘非自准直平面镜的一侧，平行光干涉仪出射光束方向与自准平面镜法线平行，且光束覆盖法兰盘；所述的对可见波段高吸收的标记在三坐标精密测量工具监测下，被制作在离轴抛物面镜通光孔径几何中心。

2.根据权利要求1所述的一种离轴抛物面离轴量的测量装置，其特征在于：所述的法兰盘采用透可见光的玻璃基底，盘上图案分为透光区域和非透光区域，非透光区域镀制高反金属膜，图案形状选择以对点高精度定位为依据，采用圆孔形、“×”或“田”字形。

3.根据权利要求1所述的一种离轴抛物面离轴量的测量装置，其特征在于：所述的对可见波段高吸收的标记采用碳素墨水标记为圆点、“×”或“田”形状的高精度定位的图案，或者采用黑色可黏贴纸标记为圆点、“×”或“田”形状的高精度定位的图案。

4.一种基于权利要求1所述的离轴抛物面离轴量的测量装置的离轴抛物面离轴量测量方法，其特征在于包括以下步骤：

1).搭建离轴抛物面检测光路，会聚光干涉仪的光束汇聚点与抛物面焦点重合，光束经离轴抛物面反射，入射自准平面镜，经自准平面镜反射原路返回会聚光干涉仪，通过光路调整使得干涉仪获得的系统波前满足检测要求；

2).在离轴抛物面的焦点位置放置具有一定图案的法兰盘，并令法兰盘中心与焦点重合，法兰盘盘面法线与自准平面镜法线重合，并在法兰盘非自准直平面镜的一侧放置平行光干涉仪，令干涉仪光轴与法兰盘盘面法线平行，且光束覆盖法兰盘；开启干涉仪，其出射光束透过法兰盘，将法兰盘的图案投射至自准直平面镜，形成亮的图案，并将该图案中心标记为A；

3).离轴抛物面镜通光孔径为圆，或者椭圆等形状规则的形状，在三坐标精密测量工具监测下，在待测离轴抛物面镜通光孔径几何中心制作某种形状的标记，该标记采用对可见光波段高吸收的材料，在干涉仪对镜面面形进行检测时，出射于干涉仪的光束，经待测抛物面镜反射，入射于自准平面镜，抛物面镜几何中心标记在自准平面上形成暗斑，标记为B；在干涉仪采集的数据中，会在图像中心发生明显的数据缺失，干涉数据在该处不连续；

4).在自准平面镜上，测量A与B的直线距离，即为离轴抛物面的离轴量。

5.根据权利要求2所述的一种基于权利要求1所述的离轴抛物面离轴量的测量装置的离轴抛物面离轴量测量方法，其特征在于：所述的步骤2)和步骤3)可以互换。