【技术实现步骤摘要】
反射式激光共焦曲率半径测量方法与装置
本专利技术涉及一种反射式激光共焦曲率半径测量方法与装置,属于光学元件参数精密测量
技术背景球面光学元件被广泛应用于天文望远系统、高分辨对地观测系统和激光聚变系统等光学系统研究领域中,曲率半径是球面光学元件最基本和最重要的参数之一,直接影响这类光学系统使用性能和成像质量,必须对其进行精确检测。目前,为了实现曲率半径的高精度测量,研究者已经提出了很多不同的测量方法,其主要可分以下两类:第一类是接触式测量方法。这类测量方法通过测长仪测头直接对被测镜元件表面进行位置测量,然后进行拟合求得被测镜曲率半径,典型仪器有球径仪,三坐标测量机等。这类测量方法不仅测量精度较低,而且会损坏被测元件表面,不能用于曲率半径高精度测量。第二类是非接触式测量方法。这类测量方法主要以干涉条纹为测试依据,如牛顿环干涉法、泰伯干涉法、斐索干涉法。比如,1980年在《SPIEVol.192-Intefferometrv》中发表的《Differentialtechniqueforaccuratelymeasuringtheradiusofcurvatureoflongradiusconcaveopticalsurfaces》一文中,作者提出一种多次反射式曲率半径测量方法,其利用干涉条纹对不同反射次数的被测镜位置进行精确定位,利用不同反射次数时被测镜位置差值求得被测镜曲率半径。1992年在《OpticalEngineering》中发表的《Radiusmeasurementbyinterferometry》一文中,作者利用干涉条纹直接对被测镜猫眼点和 ...
【技术保护点】
反射式激光共焦曲率半径测量装置,其特征在于:包括点光源(1)、分光镜(2)、准直透镜(3)、环形光瞳(4)、物镜(5)、物镜后表面顶点(6)、测量光束(7)、被测凸面镜(8)、被测凹面镜(9)、反射镜(10)、共焦探测系统(11)、针孔(12)、光强探测器(13),其测量光路为:打开点光源(1),由点光源(1)出射光经分光镜(2)和准直透镜(3)形成准直光束,物镜(5)将准直光束会聚成测量光束(7)聚焦在被测凸面镜(8)、被测凹面镜(9)或反射镜(10)附近;沿光轴移动被测凸面镜(8)、被测凹面镜(9)或反射镜(10)将测量光束(7)反射,反射回来的光束反向透过物镜(5)和准直透镜(3)被分光镜(2)反射进入共焦探测系统(11),探测系统(11)将轴向光强信息经处理后得到共焦光强响应曲线,其峰值点位置精确对应物镜(5)焦点;继续移动被测凸面镜(8)、被测凹面镜(9)或反射镜(10),将测量光束(7)反射在物镜(5)后表面顶点(6)处,由后表面顶点(6)将测量光束(7)反射进入共焦探测系统(11),探测系统(11)将轴向光强信息经处理后得到共焦光强响应曲线,其峰值点位置精确对应物镜(5) ...
【技术特征摘要】
1.反射式激光共焦曲率半径测量装置,其特征在于:包括点光源(1)、分光镜(2)、准直透镜(3)、环形光瞳(4)、物镜(5)、后表面顶点(6)、测量光束(7)、作为被测镜的被测凸面镜(8)或被测凹面镜(9)、反射镜(10)、共焦探测系统(11)、针孔(12)、光强探测器(13),其测量光路为:打开点光源(1),由点光源(1)出射光经分光镜(2)和准直透镜(3)形成准直光束,物镜(5)将准直光束会聚成测量光束(7)聚焦在被测镜附近;沿光轴移动被测镜,将测量光束(7)反射,反射回来的光束反向透过物镜(5)和准直透镜(3)被分光镜(2)反射进入共焦探测系统(11),共焦探测系统(11)将轴向光强信息经处理后得到共焦光强响应曲线,其峰值点位置精确对应物镜(5)焦点;继续移动被测镜,将测量光束(7)反射在物镜(5)后表面顶点(6)处,由后表面顶点(6)将测量光束(7)反射进入共焦探测系统(11),探测系统(11)将轴向光强信息经处理后得到共焦光强响应曲线,其峰值点位置精确对应物镜(5)后表面顶点(6)位置;将被测镜换成反射镜(10),测量光束(7)聚焦在将反射镜(10)表面,反射镜(10)将光束反射,反射回来的光束再反向透过物镜(5)和准直透镜(3)后被分光镜(2)反射进入共焦探测系统(11),共焦探测系统(11)将轴向光强信息经处理后得到共焦光强响应曲线,其峰值点位置精确对应物镜(5)焦点;移动反射镜(10),将测量光束聚焦反射在物镜后表面顶点(6)处,由物镜后表面顶点(6)将光束反射,反射回来的光束再透过物镜(5)和准直透镜(3)后被分光镜(2)反射进入共焦探测系统(11),共焦探测系统(11)将轴向光强信息经处理后得到共焦光强响应曲线,其峰值点位置再次精确对应物镜后表面顶点(6)位置;根据两次测量得到的物镜(5)焦点和后表面顶点(6)的两个位置差和几何光学成像理论,即可计算得到被测凹面镜(8)或被测凹面镜(9)的曲率半径。2.根据权利要求1所述的反射式激光共焦曲率半径测量装置,其特征在于:还包括点光源发生装置(14)、激光器(15)、光纤(16)、主控系统(17)、图像采集卡(18)、机电控制装置(19)、直线平移导轨(20)、调整架(21);其关系为:点光源发生装置(14)可以由激光器(15)发出的光束经光纤(16)输出形成;图像采集卡(18)用于将光强探测器(13)采集到的光强信息传输给主控系统(17)处理得到系统共焦光强响应曲线;调整架(21)位于直线平移导轨(20)上,用于调整被测凸面镜(8)或被测凹面镜(9)。3.根据权利要求1所述的反射式激光共焦曲率半径测量装置,其特征在于:可将其用于球面光学元件曲率半径的高精度检测,具体测量步骤如下:步骤一、将被测凸面镜(8)或凹面镜(9)置于物镜(5)后的测量光束(7)中,调整被测凸面镜(8)或凹面镜(9)使其与测量光束(7)同轴;步骤二、将沿光轴方向移动被测凸面镜(8)或被测凹面镜(9),当被测凸面镜(8)或被测凹面镜(9)位于物镜(5)焦点附近时,移动被测凸面镜(8)或凹面镜(9)进行扫描,由图像采集卡(18)采集探测器(13)轴向光强信息,经主控系统(17)处理后得到系统共焦光强响应曲线,利用共焦响应曲线峰值点精确确定物镜(5)焦点,记录此时被测凸面镜(8)或凹面镜(9)位置为zA;步骤三、继续沿光轴方向移动被测凸面镜(8)或被测凹面镜(9),当测量光束(7)经被测凸面镜(8)或被测凹面镜(9)反射后聚焦在物镜(5)后表面顶点(6)位置时,移动被测凸面镜(8)或凹面镜(9)进行扫描,由图像采集卡(18)采集探测器(13)轴向光强信息,经主控系统(17)处理后得到系统共焦光强响应曲线,利用共焦响应曲线峰值点精确确定物镜(5)后表面顶点(6)...
【专利技术属性】
技术研发人员:赵维谦,李志刚,王允,
申请(专利权)人:北京理工大学,
类型:发明
国别省市:北京;11
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