[发明专利]差动共焦自准直中心偏和曲率半径测量方法与装置

权利要求书

1.差动共焦自准直中心偏和曲率半径测量方法，其特征在于：用于实现差动共焦自准直中心偏和曲率半径测量方法的测量装置包括点光源系统(29)、沿光束出射方向放置的第一分光镜(4)、沿第一分光镜(4)透射方向放置的第二分光镜(5)、沿第二分光镜(5)透射光轴放置的准直物镜(6)、位于准直物镜(6)前用于聚焦光束形成测量光锥的聚焦物镜(7)、放置在准直物镜(6)的后焦点处且用于探测聚焦光斑经被测镜(8)反射后的位置的第一探测器(12)、沿第一分光镜(4)的反射光轴放置的第二显微物镜(10)、放置在第二显微物镜(10)的后焦点处且用于探测聚焦光斑反射光强信号的差动共焦探测器(11)，上述器件构成测量主机(13)；用于实现差动共焦自准直中心偏和曲率半径测量方法的测量装置还包括用于带动测量主机(13)沿测量光轴(30)移动的一维平移系统(14)、用于记录测量主机(13)位置的位置记录系统(15)和用于带动被测镜(8)旋转、转轴轴线与测量光轴(30)重合的气浮转轴(9)；

利用实现差动共焦自准直中心偏和曲率半径测量方法的测量装置中测量光路的聚焦光斑对被测镜进行轴向定焦，驱动被测镜旋转并记录被测镜旋转一周时聚焦光斑经被测镜反射后的径向位置，从而获得偏心量；利用高精度的位置记录系统，记录测量装置中测量光路聚焦光斑聚焦在被测镜的球心与顶点时聚焦光斑的位置，从而获得曲率半径，然后综合测得的曲率半径与偏心量，即可实现中心偏与曲率半径的高精度、实时测量，包括以下步骤：

步骤一、点光源系统(29)发出光束，光束经第一分光镜(4)透射和第二分光镜(5)反射后，经准直物镜(6)变为平行光束，平行光束经聚焦物镜(7)聚焦在聚焦物镜(7)的前焦点处，形成测量光锥；

步骤二、沿测量光轴(30)移动测量光锥，使其聚焦在被测镜(8)的球心位置，在球心附近沿轴向扫描，光束经被测镜(8)反射后，经第二分光镜(5)和第一分光镜(4)反射后进入差动共焦探测器(11)，测得差动共焦轴向强度响应曲线，借助差动共焦轴向强度响应曲线的零点精确对应测量装置焦点这一特性，进行定焦，记录此时聚焦光斑的位置为z₁；

步骤三、启动气浮转轴(9)，带动被测镜(8)旋转，经被测镜(8)反射的光束聚焦在差动共焦探测器(11)和第一探测器(12)上，旋转一周时，反射光在差动共焦探测器(11)和第一探测器(12)探测面上的路径均是一个圆，记差动共焦探测器(11)探测面上的圆的半径为a；

步骤四、沿测量光轴(30)移动测量光锥，使其聚焦在被测镜(8)表面顶点位置，在顶点附近沿轴向扫描，光束经被测镜(8)反射后，进入差动共焦探测器(11)，测得差动共焦轴向强度响应曲线，借助差动共焦轴向强度响应曲线的零点精确对应测量装置焦点这一特性，进行定焦，记录此时聚焦光斑的位置为z₂，根据两次会聚点位置z₁和z₂之间的距离r，即可得被测镜(8)的曲率半径为r＝|z₁-z₂|；

步骤五、根据测得的被测镜(8)的曲率半径r、圆半径a和聚焦物镜(7)的放大倍率β₁与第二显微物镜(10)的放大倍率β₂的乘积β，计算得出中心偏

2.根据权利要求1所述的差动共焦自准直中心偏和曲率半径测量方法，其特征在于：差动共焦探测器(11)由第三分光镜(16)、反射镜(17)、第二针孔(18)、第三针孔(19)、第二探测器(20)和第三探测器(21)组成；经被测镜(8)反射的光被聚焦物镜(7)聚焦到准直物镜(6)的焦点处，经第二显微物镜(10)放大后进入差动共焦探测器(11)，一路光经第三分光镜(16)反射进入位于焦点前的第三针孔(19)后由紧邻其后的第三探测器(21)接收，一路光透过第三分光镜(16)，经反射镜(17)反射进入位于焦点后的第二针孔(18)后由紧邻其后的第二探测器(20)接收，第二探测器(20)和第三探测器(21)偏离第二显微物镜(10)探测面的离焦量大小相等、方向相反。