一种离轴抛物面镜离轴量的测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种离轴抛物面镜离轴量的测量装置及测量方法，属于光学元器件测量技术领域。本发明专利技术针对背面垂直于光轴的离轴抛物面镜，基于激光干涉仪和激光器，利用光的直线传播原理，分别定位离轴抛物面镜机械中心和抛物面镜光轴的位置，通过对两个位置距离的测量，实现对离轴抛物面离轴量的测量。本发明专利技术能够实现在一般光学实验室中即可方便有效、高效快速的完成离轴量测量，同时，降低了测量装置的复杂性。

An off-axis measuring device and method for off-axis parabolic mirror

【技术实现步骤摘要】
一种离轴抛物面镜离轴量的测量装置及测量方法
本专利技术涉及一种离轴抛物面镜离轴量的测量装置及测量方法，属于光学元器件测量

技术介绍
在空间光学技术的发展过程中，传统同轴光学系统已经不能够满足实际生产生活中的需求。离轴光学系统是一种光圈的光轴与光圈的机械中心并不重合的光学系统。离轴光学系统由于其结构简单、无色差、口径适用范围大，已经越来越被人们所重视，并广泛地应用于辐射校准、宽波段的目标模拟及测量等工程领域中。抛物面镜，是指反射面为一抛物面的镜，如果放一“点光源”在它的焦点上，则光为镜面反射后都将与镜的主轴平行射出；反之，如果平行于主轴的光投射到镜面上，则经反射后都将会聚于它的焦点。离轴抛物面镜作为离轴光学系统中的典型代表之一，在平行光管、激光扩束、光束聚焦等具体应用场景中都能够发挥作用。在离轴抛物面镜的研制过程中，对其加工和测量是必不可少的环节。不同于传统同轴光学系统，离轴抛物面镜的离轴量，是其独特而重要的一项几何参量，是指离轴抛物面镜机械中心距抛物面镜光轴的距离。对该参量的测量具有很重要的意义。现阶段，大多数对离轴抛物面镜的离轴量测量方法都比较复杂，流程也较为繁琐，对实验室条件要求较高，并且很多情况下都需要用到经纬仪。现有测量方法，通常在使用激光干涉仪和平面反射镜对离轴抛物面镜进行标定之后，再借助一台或多台经纬仪对离轴抛物面镜焦点位置和其他特征点位置(如抛物面镜面边缘)成像，并分别记录下经纬仪在各特征点处的位置，最后测量各位置之间距离从而得出离轴量。此类方法十分依赖于经纬仪的使用，且在测量过程中对经纬仪的操作较为复杂。例如，CN106932179A公开的一种基于光栅尺与经纬仪标定离轴抛物面镜离轴量的方法及装置，通过经纬仪确定离轴抛物面镜的特征位置，再配合光栅尺测量离轴抛物面镜的离轴量，虽然可以精确测量离轴量，但这对于很多光学实验室来说既不易操作，又可能缺少所需的经纬仪设备，总体来说可行性较低。
技术实现思路
本专利技术针对背面垂直于光轴的离轴抛物面镜，旨在设计一种结构简单、易于操作的离轴抛物面镜离轴量的测量装置及测量方法，能够实现在一般光学实验室中即可方便有效、高效快速的完成离轴量测量，同时，降低了测量装置的复杂性。本专利技术的创新点在于：基于激光干涉仪和激光器，利用光的直线传播原理，分别定位离轴抛物面镜机械中心和抛物面镜光轴的位置，通过对两个位置距离的测量，实现对离轴抛物面离轴量的测量。本专利技术所采用的技术方案如下：一种离轴抛物面镜离轴量测量装置，包括激光干涉仪、自准平面镜、激光器和倾斜平移升降台。所述自准平面镜口径略大于待测的离轴抛物面镜。所述倾斜平移升降台，具有水平方向一维平移、竖直方向一维升降和俯仰、偏摆二维调节功能。所述激光器出射平行光，光束直径不大于3mm。所述激光器固定在倾斜平移升降台上。上述装置进行测量的方法如下：步骤一：搭建离轴抛物面的测量光路。主截面测量光路包括激光干涉仪、自准平面镜，主截面是指离轴抛物面镜自身子光轴与光学系统主光轴所构成的平面。副截面是指过离轴抛物面镜自身子光轴，并与主截面垂直的平面。测量时，首先将离轴抛物面镜放置在测量光路中，使离轴抛物面镜主截面处于水平位置。激光干涉仪和自准平面镜均位于离轴抛物面镜反射面一侧。光束由激光干涉仪发出，经离轴抛物面反射，到达自准平面镜，再经自准平面镜反射原路返回会激光干涉仪。通过光路调整，使得激光干涉仪获得的系统波前满足测量要求；步骤二：确定抛物面焦点位置。在调整好的激光干涉仪前方，放置一个带有圆形小孔的平板，使得光束汇聚点恰好穿过小孔，平板前后表面均无光斑，此时小孔位置即为抛物面焦点位置。步骤三：在离轴抛物面镜另一侧，放置倾斜平移升降台。该倾斜平移升降台的平移导轨平行于待测的离轴抛物面镜背面所在平面。将激光器固定在倾斜平移升降台上，打开激光器，使激光器发出光束到达自准平面镜。通过调节倾斜平移升降台的二维倾斜，调整激光器的俯仰、偏摆，使激光器发出光束经自准平面镜反射原路返回激光器出光点。再调整倾斜平移升降台的平移和升降，使激光器发出光束恰好通过步骤二中平板上的小孔，记下此时激光器的位置A，此时激光器发出的光束指示了被测离轴抛物面镜光轴的方向。步骤四：在待测离轴抛物面镜背面的几何中心作一个十字标记，使该标记的水平方向线和竖直方向线分别位于离轴抛物面镜的主截面和副截面内。调节倾斜平移升降台的平移，其余保持不变，使激光器发出光束恰好到达该十字标记处，记下此时激光器位置B；步骤五：测量A与B的直线距离。该距离即为离轴抛物面的离轴量。有益效果本专利技术对比已有技术，具有以下优势：本专利技术装置，采用倾斜平移升降台配合激光器的结构，取代经纬仪，利用激光的定向发光的特点，实现对抛物面镜各特征点位置的确定，结构简单、便于操作。测量时，只需确定两次位置，即抛物面镜焦点位置和机械中心位置，即可得出其离轴量，操作过程简，测量速度快、效率高单。同时，由于不需要成像步骤，本装置不需要引入额外结构，降低了测量装置的复杂性。附图说明图1为本专利技术的测量示意图。其中，1-激光干涉仪，2-自准平面镜，3-激光器，4-倾斜平移升降台。辅助设备为带有圆形小孔的平板。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做详细说明。实施例如图1所示，一种离轴抛物面镜的离轴量测量装置，包括激光干涉仪1、口径略大于待测抛物面镜的自准平面镜2、激光器3、倾斜平移升降台4，其中，激光器3安装在倾斜平移升降台4上。辅助设备为带有圆形小孔的平板。上述装置进行测量的步骤如下：步骤一：搭建离轴抛物面测量光路，主截面测试光路包括激光干涉仪1、自准平面镜2等设备，其中自准平面镜2口径需略大于待测抛物面镜。测量光路如图1所示，首先，将待测离轴抛物面镜样品放置在测量光路中，使离轴抛物面镜主截面处于水平位置，激光干涉仪1和自准平面镜2均位于离轴抛物面镜反射面一侧，光束由激光干涉仪1发出，经离轴抛物面反射，到达自准平面镜2，再经自准平面镜2反射原路返回会激光干涉仪1，通过光路调整使得激光干涉仪1获得的系统波前满足测量要求。步骤二：在调整好的激光干涉仪1前方放置一带有圆形小孔的平板，使得光束汇聚点恰好穿过小孔，平板前后表面均无光斑，此时小孔位置即为抛物面焦点位置。步骤三：在离轴抛物面镜另一侧放置一倾斜平移升降台4，使倾斜平移升降台4的平移导轨平行于待测抛物面镜背面所在平面，倾斜平移升降台4具有水平方向一维平移、竖直方向一维升降和俯仰、偏摆二维调节功能。将激光器3固定在升降台上，打开激光器3，使激光器3发出光束到达自准平面镜2。通过调节倾斜平移升降台4的二维倾斜，调整激光器3的俯仰、偏摆，使激光器3发出光束经自准平面镜2反射原路返回激光器3出光点，再调整倾斜平移升降台4的平移和升降，使激光器3发出光束恰好通过步骤二中平板上的小孔，记下此时激光器3位置A，此时激光器发出的光束本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离轴抛物面镜离轴量测量装置，所述离轴抛物面镜限定为背面垂直于光轴的离轴抛物面镜。其特征在于，包括激光干涉仪(1)、自准平面镜(2)、激光器(3)和倾斜平移升降台(4)；/n所述自准平面镜(2)口径略大于待测的离轴抛物面镜；/n所述倾斜平移升降台(4)，具有水平方向一维平移、竖直方向一维升降和俯仰、偏摆二维调节功能；/n所述激光器(3)出射平行光，光束直径不大于3mm；/n所述激光器(3)固定在倾斜平移升降台(4)上；/n测量时，离轴抛物面镜放置在测量光路中，使离轴抛物面镜主截面处于水平位置；激光干涉仪(1)和自准平面镜(2)均位于离轴抛物面镜反射面一侧；在离轴抛物面镜另一侧，放置倾斜平移升降台(4)，该倾斜平移升降台的平移导轨平行于待测的离轴抛物面镜背面所在平面。/n

【技术特征摘要】
20200108 CN 20201001706331.一种离轴抛物面镜离轴量测量装置，所述离轴抛物面镜限定为背面垂直于光轴的离轴抛物面镜。其特征在于，包括激光干涉仪(1)、自准平面镜(2)、激光器(3)和倾斜平移升降台(4)；
所述自准平面镜(2)口径略大于待测的离轴抛物面镜；
所述倾斜平移升降台(4)，具有水平方向一维平移、竖直方向一维升降和俯仰、偏摆二维调节功能；
所述激光器(3)出射平行光，光束直径不大于3mm；
所述激光器(3)固定在倾斜平移升降台(4)上；
测量时，离轴抛物面镜放置在测量光路中，使离轴抛物面镜主截面处于水平位置；激光干涉仪(1)和自准平面镜(2)均位于离轴抛物面镜反射面一侧；在离轴抛物面镜另一侧，放置倾斜平移升降台(4)，该倾斜平移升降台的平移导轨平行于待测的离轴抛物面镜背面所在平面。


2.一种如权利要求1所述装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：搭建离轴抛物面的测量光路；
主截面测量光路包括激光干涉仪(1)、自准平面镜(2)；主截面是指离轴抛物面镜自身子光轴与光学系统主光轴所构成的平面；副截面是指过离轴抛物面镜自身子光轴，并与主截面垂直的平面；
测量时，首先将离轴抛物面镜放置在测量光路中，使离轴抛物面镜主截面处于水平位置；激光干涉仪(1)和自准平面镜(2)均位于离轴抛物面镜反射...

【专利技术属性】
技术研发人员：王姗姗，徐博文，周书红，张南生，郝群，胡摇，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11