[发明专利]一种非球面检测光路中光学间隔测量系统及方法

说明书

本发明涉及一种带有Offner补偿器的非球面检测光路中光学间隔非接触精密测量的系统及方法，属于非球面检测领域，该系统包括激光干涉仪、镜面定位仪、Offner补偿器、被测非球面镜以及与最佳面形检测光路共光轴的光轴指向十字分划板；该系统有三条自准直检测光路，三条自准直检测光路为同一共光轴光路，即非球面面形误差均方根RMS值最小时的最佳面形检测光路光轴，构建光学间隔检测直线光轴，通过镜面定位仪非接触式测量检测光路中的不同光学间隔，并将其代入光学设计软件中进行复算可得非球面顶点曲率半径R、二次常数K等几何参数值。本发明测量精度约为0.05mm，检测精度高，非接触式测量。

技术领域

本发明属于光学检测领域，尤其涉及一种带有Offner补偿器的非球面检测光路中光学间隔非接触精密测量的系统和方法。

背景技术

在非球面镜加工检测过程中，经常会借助补偿器实现干涉检测。补偿器按类型可分为折射式光学补偿器、反射式光学补偿器和衍射式光学补偿器。Offner补偿器属于折射式补偿器中最常用的一种，一般由两片透镜组成，可将干涉仪发出的平面波或球面波转换成非球面波经被检非球面反射后再次经补偿器回到干涉仪，与参考光束形成干涉条纹。采用激光干涉仪配备合适F数的球面标准镜头即可实现非球面面形的干涉检测。

在光学非球面的设计制造中，顶点曲率半径R、二次常数K等几何参数是表述非球面的重要参数，然而这两个几何参数不能直接测量，只有通过测量激光干涉仪标准镜头、Offner补偿器与被测非球面镜之间的光学间隔，并将其带入到光学设计软件进行复算得到顶点曲率半径R、二次常数K，所以说只有将这些检测光路中的光学间隔控制在其设计的公差范围内，并能精确测量，这样才能够满足非球面的加工制造检测及使用要求。

目前，对于带有Offner补偿器的非球面检测光路光学间隔通常采用钢卷尺或固定长度的间隔测量杆等工具进行测量。这种测量方法采用人为估读的方式，很难准确定位在各个表面的顶点位置，测量精度较低，约为0.5mm；该方法是一种接触式测量方法，存在镜面被划伤的风险，而且也存在由于光学间隔距离较短无法用钢卷尺或测量杆进行测量的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种非接触式并且能够精密测量带有Offner补偿器的非球面检测光路中的光学间隔的系统及检测方法。

本发明的技术解决方案是提供一种光学间隔精密测量系统，其特别之处在于：包括沿光路依次设置的镜面定位仪、十字分化板、Offner补偿器和被测非球面镜；

上述镜面定位仪、十字分化板、Offner补偿器和被测非球面镜组成的光路与被测非球面镜的最佳面形检测光路共光轴；

镜面定位仪与十字分化板之间的距离大于镜面定位仪的工作距，十字分化板和Offner补偿器的透镜一之间的距离为L₁，Offner补偿器的透镜一和透镜二之间的距离为L₂，Offner补偿器的透镜二和被测非球面镜之间的距离为L₃，不同的被测的非球面镜计算所得的L₁、L₂、L₃不同。

上述镜面定位仪和PC机连接。

为了能够调节上述光学装置，本发明的光学间隔精密测量系统还包括五维调整架二、五维调整架三、五维调整架四和五维调整架五，上述镜面定位仪放置在五维调整架五上，上述十字分化板放置在五维调整架四上，上述Offner补偿器放置在五维调整架二上，上述被测非球面镜放置在五维调整架三上。

为了实现更精密的测量，上述镜面定位仪的光学间隔测量精度为1μm。

上述十字分化板包括中心圆环，该中心圆环的直径为0.5mm，中心圆环与十字分化板的外圆同心度为φ0.05mm。

本发明还提供了一种光学间隔精密测量方法，包括以下步骤：