CN106932179A - 基于光栅尺与经纬仪标定离轴抛物镜离轴量的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于光栅尺与经纬仪标定离轴抛物镜离轴量的方法及装置，方法包括大致对准调制光路步骤、确定干涉仪焦点位置步骤、测定干涉仪焦点的位置步骤、测定离轴抛物镜镜面特征点边缘线位置步骤、测量第二平面反射镜十字线交叉点距离轴抛物镜镜面特征点边缘线距离步骤以及计算离轴抛物镜的离轴量步骤，通过设有十字线的第二平面反射镜找到离轴抛物镜特征位置，光栅尺及经纬仪配合使用可以实现对两特征位置间距离进行精确测量，结合测量十字线与第二平面镜边缘间的距离，再通过计算即可得到检测时的离轴抛物镜的离轴量数值，若与理论离轴量的偏差不合格，则调整离轴抛物镜的位置，直至位置正确，该方法具有标定精度高、标定步骤简单等优点。

Description

基于光栅尺与经纬仪标定离轴抛物镜离轴量的方法及装置

技术领域

本发明涉及离轴曲面反射镜几何量标定方法领域，特别涉及基于光栅尺与经纬仪标定离轴抛物镜离轴量的方法及装置。

背景技术

随着科技的发展，离轴曲面反射镜尤其是离轴抛物面反射镜(简称离轴抛物镜)越来越多的应用于大口径光学系统中，如空间望远镜等。现有技术中对离轴抛物镜多采用无像差点检测方法，在检测中需要精确标定离轴抛物镜的离轴量，以便消除由离轴量偏差对干涉检测所引入的额外像差。

目前实验室通过钢板尺测量光轴与离轴抛物镜边缘距离计算得到离轴抛物镜离轴量，该测试方法测试精度低，不能满足反射镜高精度加工要求。在对离轴抛物镜进行干涉检测时应通过精确测量仪器标定其离轴量。

发明内容

本发明为克服现有的标定离轴抛物镜的离轴量方法精度低的缺点，提供的基于光栅尺与经纬仪标定离轴抛物镜离轴量的方法，包括如下步骤，

大致对准调制光路步骤：完成干涉仪、第一平面反射镜及离轴抛物镜的大致对准，大致对准后通过干涉仪对离轴抛物镜检测，可检测得到到干涉图；

确定干涉仪焦点位置步骤：在干涉仪焦点位置放置设有刻画十字线的第二平面反射镜，使得第二平面反射镜的十字线交叉点与干涉仪焦点重合；

测定干涉仪焦点的位置步骤：用光栅尺与经纬仪测定第二平面反射镜的十字线交叉点的位置，将经纬仪放置于光栅尺上，通过经纬仪对第二平面反射镜的十字线交叉点成像，在光栅尺上读出此时经纬仪在光栅尺上的位置读数记录为读数1；

测定离轴抛物镜镜面特征点边缘线位置步骤：

移动第二平面反射镜，使其一条镜面边缘线与离轴抛物镜镜面特征点边缘线重合，同时将经纬仪沿光栅尺移至对应位置使其对移动后的第二平面反射镜十字线成像，在光栅尺上读出此时经纬仪在光栅尺上的位置数记录为读数2；

测量第二平面反射镜十字线交叉点距离轴抛物镜镜面特征点边缘线距离步骤：测量第二平面反射镜十字线交叉点距离第二平面反射镜一条镜面边缘线的距离，所述这一条镜面边缘线与离轴抛物镜镜面特征点边缘线重合，该距离读数记录为读数3；

计算离轴抛物镜的离轴量步骤：离轴抛物镜的离轴量＝(读数2)-(读数1)-(读数3)。

具体地，所述离轴抛物镜镜面特征点边缘线为离轴抛物镜镜面的各横截面抛物线顶点连线。

具体地，所述测量第二平面反射镜十字线交叉点距离轴抛物镜镜面特征点边缘线距离步骤中用游标卡尺测量。

基于同一发明构思本发明提供的基于光栅尺与经纬仪标定离轴抛物镜离轴量的装置，其特征在于包括干涉仪、第一平面反射镜、经纬仪、光栅尺和设有刻画十字线的第二平面反射镜、测量长度仪器，它们之间的光路的光轴中心线处于同一平面上；

使用时，干涉仪、第一平面反射镜、光栅尺大致对准后通过干涉仪对离轴抛物镜检测，可检测得到到干涉图；

使用时，调整第二平面反射镜的十字线交叉点与干涉仪焦点重合，光栅尺与经纬仪测定第二平面反射镜的十字线交叉点的位置并记录位置读数1，然后，第二平面反射镜移至离轴抛物镜镜面特征点边缘处，同时将光栅尺与经纬仪移至对应位置使其对移动后的第二平面反射镜十字线成像，记录此时光栅尺与经纬仪测定的十字线交叉点所在位置并记录位置读数2；

使用时，测量长度仪器用于测量第二平面反射镜十字线交叉点距离平面反射镜边缘距离并记录读数3。

具体地，所述测量长度仪器为游标卡尺。

本发明的基于光栅尺与经纬仪标定离轴抛物镜离轴量的方法及装置，通过设有十字线的第二平面反射镜找到离轴抛物镜特征位置，如抛物面焦点、离轴抛物镜镜面边缘位置(左、右边缘均可)或镜面的横截面抛物线顶点，通过光栅尺及经纬仪配合使用可以实现对两特征位置(离轴抛物镜的离轴中心点位置和离轴抛物镜镜面的横截面抛物线顶点)间距离进行精确测量，结合游标卡尺测量十字线与第二平面镜边缘间的距离，通过计算即可得到检测时的离轴抛物镜的离轴量数值，若此时测量离轴量与理论离轴量的偏差超过允许误差上限，则调整离轴抛物镜的位置，直至位置正确，使得测量离轴量与理论离轴量的偏差在允许误差范围内，以确定干涉检测过程中离轴抛物镜的离轴量与理论离轴量的一致性，保证干涉测量数据的正确性，为后续离轴抛物镜的正确加工提供保障。该方法具有标定精度高、标定步骤简单等优点。

附图说明

图1为离轴抛物镜镜面干涉检测光路示意图；

图2为经纬仪测量离轴抛物镜焦点位置示意图；

图3为经纬仪测量离轴抛物镜镜面的横截面抛物线顶点(正好是离轴抛物镜镜面边缘上的点)位置示意图；

图4为图3的A向离轴抛物镜和第二平面反射镜示意图。

其中，1-干涉仪，12-干涉仪焦点(即离轴抛物镜的离轴中心点位置)，2-第一平面反射镜，3-离轴抛物镜，31-离轴抛物镜镜面的横截面抛物线顶点(正好是离轴抛物镜镜面边缘上的点)，32-离轴抛物镜镜面，33-离轴抛物镜镜面的横截面，4-第二平面反射镜，5-经纬仪，6-光栅尺，

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步描述：

基于光栅尺与经纬仪标定离轴抛物镜离轴量的方法，包括如下步骤，

大致对准调制光路步骤：完成干涉仪1、第一平面反射镜2及离轴抛物镜3的大致对准，大致对准后通过干涉仪1对离轴抛物镜2检测，可检测得到到干涉图，按如图1所示的光路图进行，光路的光轴中心线处于同一平面上；

确定干涉仪焦点12位置步骤：在干涉仪焦点12位置放置设有刻画十字线的第二平面反射镜4，使得第二平面反射镜4的十字线交叉点与干涉仪焦点12重合，按如图2所示的光路图进行；

测定干涉仪焦点12的位置步骤：用光栅尺6与经纬仪5测定第二平面反射镜4的十字线交叉点的位置，将经纬仪5放置于光栅尺6上，通过经纬仪5对第二平面反射镜4的十字线交叉点成像，也就是测定离轴抛物镜的离轴中心点位置，在光栅尺6上读出此时经纬仪5在光栅尺6上的位置，也就是测定出干涉仪焦12的位置即是离轴抛物镜的离轴中心点位置，读数记录为读数1，为一数值，按如图2所示的光路图进行；

测定离轴抛物镜3镜面特征点边缘线位置步骤：

移动第二平面反射镜2，使其一条镜面边缘线与离轴抛物镜3镜面特征点边缘线重合，本实施例中，镜面特征点边缘线也就是离轴抛物镜镜面32的各横截面抛物线顶点31连线，该顶点连线正好是离轴抛物镜3镜面边缘线，同时将经纬仪5沿光栅尺6移至对应位置使其对移动后的第二平面反射镜4十字线成像，在光栅尺6上读出此时经纬仪5在光栅尺6上的位置数记录为读数2，为一数值，也就是测定出了离轴抛物镜3镜面特征点边缘线位置读数加上第二平面反射镜4十字线交叉点离轴抛物镜镜面32特征点边缘线距离的和，按如图3所示的光路图进行；

测量第二平面反射镜4十字线交叉点距离轴抛物镜3镜面特征点边缘线距离步骤：测量第二平面反射镜4十字线交叉点距离第二平面反射镜4一条镜面边缘线的距离，所述这一条镜面边缘线与离轴抛物镜3镜面特征点边缘线重合，该距离读数记录为读数3，为一数值；

计算离轴抛物镜的离轴量步骤：离轴抛物镜的离轴量＝(读数2)-(读数1)-(读数3)。

本实施例中，所述离轴抛物镜3镜面特征点边缘线为离轴抛物镜3镜面的各横截面抛物线顶点31连线，通常离轴抛物镜3镜面特征点是指镜面焦点、镜面边缘位置上的点(抛物线顶点和抛物线开口端点均可当做特征点)。测量第二平面反射镜4十字线交叉点距离第二平面反射镜4一条镜面边缘线的距离时用游标卡尺测量。

基于同一发明构思本发明提供的基于光栅尺与经纬仪标定离轴抛物镜离轴量的装置，包括干涉仪1、第一平面反射镜2、经纬仪5、光栅尺6和设有刻画十字线的第二平面反射镜4、测量长度仪器，它们之间的位置关系俯视图如图1，图4为图1的A向离轴抛物镜3示意图，光路的光轴中心线处于同一平面上；

使用时，干涉仪1、第一平面反射镜2、光栅尺6大致对准后通过干涉仪1对离轴抛物镜3检测，可检测得到到干涉图；

使用时，调整第二平面反射镜4的十字线交叉点与干涉仪焦点12重合，光栅尺6与经纬仪5测定第二平面反射镜4的十字线交叉点的位置并记录位置读数1，然后，第二平面反射镜4移至离轴抛物镜3镜面特征点边缘线处，本实施例为离轴抛物镜3镜面的各横截面抛物线顶点31连线处，同时将光栅尺6与经纬仪5移至对应位置使其对移动后的第二平面反射镜4十字线成像，记录此时光栅尺6与经纬仪5测定的十字线交叉点所在位置并记录位置读数2；

使用时，测量长度仪器即游标卡尺用于测量第二平面反射镜4十字线交叉点距离第二平面反射镜4一条镜面边缘线的距离，所述这一条镜面边缘线与离轴抛物镜3镜面的各横截面抛物线顶点31连线重合，并记录读数3。

依据本发明的方法标定了一离轴抛物镜离轴量，得到光栅尺读数1为100.5mm；光栅尺读数2为520.8mm；游标卡尺读数3为30.6mm，则离轴抛物面离轴量＝读数2-读数1-读数3，即离轴抛物面离轴量为389.7mm。

若此时测量离轴量与理论离轴量的偏差超过允许误差上限，则调整离轴抛物镜的位置，直至位置正确，使得测量离轴量与理论离轴量的偏差在允许误差范围内，以确定干涉检测过程中离轴抛物镜的离轴量与理论离轴量的一致性，保证干涉测量数据的正确性，为后续离轴抛物镜的正确加工提供保障。

Claims (5)

1.基于光栅尺与经纬仪标定离轴抛物镜离轴量的方法，包括如下步骤，

大致对准调制光路步骤：完成干涉仪、第一平面反射镜及离轴抛物镜的大致对准，大致对准后通过干涉仪对离轴抛物镜检测，可检测得到到干涉图；

确定干涉仪焦点位置步骤：在干涉仪焦点位置放置设有刻画十字线的第二平面反射镜，使得第二平面反射镜的十字线交叉点与干涉仪焦点重合；

测定干涉仪焦点的位置步骤：用光栅尺与经纬仪测定第二平面反射镜的十字线交叉点的位置，将经纬仪放置于光栅尺上，通过经纬仪对第二平面反射镜的十字线交叉点成像，在光栅尺上读出此时经纬仪在光栅尺上的位置读数记录为读数1；

测定离轴抛物镜镜面特征点边缘线位置步骤：

移动第二平面反射镜，使其一条镜面边缘线与离轴抛物镜镜面特征点边缘线重合，同时将经纬仪沿光栅尺移至对应位置使其对移动后的第二平面反射镜十字线成像，在光栅尺上读出此时经纬仪在光栅尺上的位置数记录为读数2；

测量第二平面反射镜十字线交叉点距离轴抛物镜镜面特征点边缘线距离步骤：测量第二平面反射镜十字线交叉点距离第二平面反射镜一条镜面边缘线的距离，所述这一条镜面边缘线与离轴抛物镜镜面特征点边缘线重合，该距离读数记录为读数3；

计算离轴抛物镜的离轴量步骤：离轴抛物镜的离轴量＝(读数2)-(读数1)-(读数3)。

2.根据权利要求1的基于光栅尺与经纬仪标定离轴抛物镜离轴量方法，其特征在于所述离轴抛物镜镜面特征点边缘线为离轴抛物镜镜面的各横截面抛物线顶点连线。

3.根据权利要求2的基于光栅尺与经纬仪标定离轴抛物镜离轴量方法，其特征在于所述测量第二平面反射镜十字线交叉点距离轴抛物镜镜面特征点边缘线距离步骤中用游标卡尺测量。

4.基于光栅尺与经纬仪标定离轴抛物镜离轴量的装置，其特征在于包括干涉仪、第一平面反射镜、经纬仪、光栅尺和设有刻画十字线的第二平面反射镜、测量长度仪器，它们之间的光路的光轴中心线处于同一平面上；

使用时，干涉仪、第一平面反射镜、光栅尺大致对准后通过干涉仪对离轴抛物镜检测，可检测得到到干涉图；

使用时，调整第二平面反射镜的十字线交叉点与干涉仪焦点重合，光栅尺与经纬仪测定第二平面反射镜的十字线交叉点的位置并记录位置读数1，然后，第二平面反射镜移至离轴抛物镜镜面特征点边缘处，同时将光栅尺与经纬仪移至对应位置使其对移动后的第二平面反射镜十字线成像，记录此时光栅尺与经纬仪测定的十字线交叉点所在位置并记录位置读数2；

使用时，测量长度仪器用于测量第二平面反射镜十字线交叉点距离平面反射镜边缘距离并记录读数3。

5.基于光栅尺与经纬仪标定离轴抛物镜离轴量的装置，其特征在于所述测量长度仪器为游标卡尺。