[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

摘要

本发明属于光学精密测量技术领域，涉及差动共焦自准直中心偏和曲率半径测量方法与装置。该方法利用高轴向定位能力的差动共焦探测系统的聚焦光斑对被测镜进行轴向定焦，利用精密的气浮回转系统带动被测镜旋转，利用自准直偏心探测系统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数据，即可实现中心偏与曲率半径的高精度、实时测量。本发明首次将差动共焦原理应用到中心偏测量领域中，改进了传统的自准直中心偏测量方法，具有测量精度高、范围大、避免重复装调的优点，可用于光学元件中心偏和曲率半径的高精度测量。

主权项

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：利用高轴向定位能力的差动共焦探测系统的聚焦光斑对被测镜进行轴向定焦，利用精密的气浮回转系统带动被测镜旋转，利用自准直偏心探测系统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数据，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，借助差动共焦曲线的零点精确对应焦点这一特性，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，反射光在探测面上的路径是一个圆，记这个圆的半径为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)顶点位置，借助差动共焦曲线的零点精确对应焦点这一特性，进行定焦，记录此时聚焦光斑的位置为z2，根据两次会聚点z1和z2之间的距离r，即可得被测镜(8)的曲率半径，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