一种二次曲面光学元件的轴心测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种二次曲面光学元件的轴心测量装置及方法，包括样品台、高精度测距仪、三维位移台和控制器；所述的样品台上设有夹持机构，用于将待测的二次曲面光学元件水平固定在样品台上；所述的三维位移台设置在样品台的正上方；所述的高精度测距仪固定在三维位移台的下端面，朝向样品台；所述三维位移台的X、Y轴与光学元件的轴心互相垂直，用于承载高精度测距仪进行二维平移；三维位移台的Z轴与光学元件的轴心互相平行，用于承载高精度测距仪轴向平移；所述的控制器分别与高精度测距仪和三维位移台电连接。利用本发明专利技术，可以实现二次曲面光学元件的非接触式、自动化轴心测量。自动化轴心测量。自动化轴心测量。

【技术实现步骤摘要】
一种二次曲面光学元件的轴心测量装置及方法


[0001]本专利技术涉及光学
，尤其是涉及一种二次曲面光学元件的轴心测量装置及方法。

技术介绍

[0002]相比于经典的球面光学元件，非球面光学元件具有极大的灵活性和自由性。作为实现光束聚焦和分散的重要的手段，同时又可以校正光学系统的多种像差，减少系统中光学元件的数量，因此非球面光学元件得到了越来越普遍的关注和应用。二次曲面是非球面光学元件中使用最为广泛的类型之一，因为他们具有旋转对称的结构，较容易进行加工和检测，所以具有特殊的地位。常见的二次曲面如抛物面、双曲面等，将其旋转轴称之为轴心。
[0003]表面缺陷是评价二次曲面光学元件的重要参数，当前主流采用显微成像系统对被检二次曲面进行扫描成像，从而获得表面缺陷的形貌与分布。在进行二次曲面光学元件检测时，需要首先完成轴心测量，以轴心与二次曲面的交点作为参考点，进行检测路径的规划。此外，在进行包含二次曲面光学元件的系统装调过程中，也需要准确测量出轴心位置，避免产生偏心，从而保证光学系统的质量。
[0004]现有的专利多是针对球面光学元件的轴向测量。如公开号为CN105157617A的中国专利文献公开了应用于球面光学元件表面缺陷检测的球面自动轴心测量方法”包括如下步骤：初始化球面定中单元，然后将球面光学元件移动至初始位置；Z方向进行扫描，并在扫描的过程中利用图像熵清晰度评价函数找到最清晰的十字叉丝像；其次判断十字叉丝为表面像还是球心像；若为表面像，沿Z向扫描找出球心像，并测量球面光学元件的曲率半径。若是球心像，则通过移动使球面光学元件的光轴与球面定中单元的光轴重合；最后通过最小二乘法最佳圆拟合方法拟合十字叉丝像的中心得到运动轨迹，完成十字叉丝像最大偏差的计算，并对最大偏差进行判断，从而完成轴系一致性调整。然而，这种方法未实现二次曲面光学元件的轴心测量，并且对机械结构的要求高，需要设计自旋转台结构带动样品旋转。
[0005]公开号为CN111288933A的中国专利文献公开了一种球面或旋转对称非球面光学元件自动定心方法，采用三台激光位移传感器测量样品到传感器的距离，其成本较高，定标校准过程较为复杂。另外，现有的测量装置一般都是将光学元件竖直固定，对固定的要求更高。
[0006]现有的方法不适用当今二次曲面光学元件的轴心快速测量需求。因此，需要易操作、自动化的装置与方法，实现二次曲面光学元件的轴心测量。

技术实现思路

[0007]为解决现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种二次曲面光学元件的轴心测量装置及方法，可以实现二次曲面光学元件的非接触式、自动化轴心测量。
[0008]本专利技术的技术方案如下：
[0009]一种二次曲面光学元件的轴心测量装置，包括样品台、高精度测距仪、三维位移台
和控制器；
[0010]所述的样品台上设有夹持机构，用于将待测的二次曲面光学元件水平固定在样品台上；
[0011]所述的三维位移台设置在样品台的正上方；所述的高精度测距仪固定在三维位移台的下端面，朝向样品台；所述三维位移台的X、Y轴与光学元件的轴心互相垂直，用于承载高精度测距仪进行二维平移；三维位移台的Z轴与光学元件的轴心互相平行，用于承载高精度测距仪轴向平移；所述的控制器分别与高精度测距仪和三维位移台电连接。
[0012]进一步地，将待测的二次曲面光学元件水平固定在样品台上，指的是二次曲面光学元件的光轴垂直于水平面放置。
[0013]进一步地，所述的高精度测距仪采用一种距离测量传感器，测量方向与Z轴平行，用于测量二次曲面光学元件上采样点距离高精度测距仪的相对距离。
[0014]进一步地，所述的高精度测距仪采用工作距离25
±
3mm，线性精度
±
2.4μm，分辨率0.25μm。
[0015]进一步地，所述的三维位移台采用大行程、高精度的三维位移台，其定位精度
±
5μm。
[0016]进一步地，所述的高精度测距仪在轴心测量过程中，距离待测的二次曲面光学元件20～30mm。
[0017]本专利技术还提供了一种二次曲面光学元件的轴心测量方法，采用上述轴心测量装置，包括以下步骤：
[0018](1)采用水平固定，将二次曲面光学元件通过夹持机构固定在样品台上；
[0019](2)移动三维位移台的X、Y两轴，使高精度测距仪的采样点位于光学元件的表面；
[0020](3)移动三维位移台的Z轴，使高精度测距仪位于工作距离之内，获得二次曲面光学元件上第一个采样点距离高精度测距仪的相对距离；
[0021](4)使用三维位移台承载高精度测距仪，分别扫描二次曲面光学元件沿X、Y方向的两条截线，实时记录三维位移台的坐标位置，以及高精度测距仪采集的相对距离；在X方向上，取得最小值时，对应的三维位移台X轴坐标记为；在Y方向上，取得最小值时，对应的三维位移台Y轴坐标记为。
[0022](5)将三维位移台XY轴移动到坐标位置，此时高精度测距仪的采样点与曲面顶点重合，该点所在位置即光学元件轴心位置。
[0023]进一步地，步骤(4)中，分别扫描二次曲面光学元件沿X、Y方向的两条截线时，两条截线长度相等。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0025]本专利技术无需复杂的样品自旋台结构和多维调整机构，对于二次曲面光学元件，仅需要承载高精度测距仪进行三维直线扫描，大大降低了机械复杂程度和系统搭建难度。轴心测量方法操作方便、步骤少、门槛低、效率高，具有很大的工程应用价值。
附图说明
[0026]图1为本专利技术一种二次曲面光学元件的轴心测量装置的侧视图；
[0027]图2为本专利技术一种二次曲面光学元件的轴心测量装置的俯视图；
[0028]图3为本专利技术中高精度测距仪测量曲线图。
具体实施方式
[0029]下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本专利技术的理解，而对其不起任何限定作用。
[0030]如图1所示，一种二次曲面光学元件的轴心测量装置，包括样品台3、高精度测距仪1、三维位移台和控制器。样品台上设有夹持机构，用于将待测的二次曲面光学元件水平固定在样品台上。
[0031]三维位移台设置在样品台3的正上方；高精度测距仪1固定在三维位移台的下端面，朝向样品台3；三维位移台的X、Y轴与二次曲面光学元件2的轴心互相垂直，用于承载高精度测距仪1进行二维平移；三维位移台的Z轴与二次曲面光学元件2的轴心互相平行，用于承载高精度测距仪1轴向平移；控制器分别与高精度测距仪1和三维位移台电连接。
[0032]本实施例中，待测的二次曲面光学元件2是一块直径100mm，材料N
‑
BK7的平凸透射光学元件。其二次曲面的曲率半径为102.24mm，conic constant为
‑
1，即抛物面。二次曲面光学元件2水平固定在样品台3上。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二次曲面光学元件的轴心测量装置，其特征在于，包括样品台、高精度测距仪、三维位移台和控制器；所述的样品台上设有夹持机构，用于将待测的二次曲面光学元件水平固定在样品台上；所述的三维位移台设置在样品台的正上方；所述的高精度测距仪固定在三维位移台的下端面，朝向样品台；所述三维位移台的X、Y轴与光学元件的轴心互相垂直，用于承载高精度测距仪进行二维平移；三维位移台的Z轴与光学元件的轴心互相平行，用于承载高精度测距仪轴向平移；所述的控制器分别与高精度测距仪和三维位移台电连接。2.根据权利要求1所述的二次曲面光学元件的轴心测量装置，其特征在于，将待测的二次曲面光学元件水平固定在样品台上，指的是二次曲面光学元件的光轴垂直于水平面放置。3.根据权利要求1所述的二次曲面光学元件的轴心测量装置，其特征在于，所述的高精度测距仪采用一种距离测量传感器，测量方向与Z轴平行，用于测量二次曲面光学元件上采样点距离高精度测距仪的相对距离。4.根据权利要求1所述的二次曲面光学元件的轴心测量装置，其特征在于，所述的高精度测距仪采用工作距离25
±
3mm，线性精度
±
2.4μm，分辨率0.25μm。5.根据权利要求1所述的二次曲面光学元件的轴心测量装置，其特征在于，所述的三维位移台采用大行程、高精度的三维位...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙焕宇，刘钰波，张峻铵，吕雄涛，刘东，
申请(专利权)人：浙江大学嘉兴研究院，
类型：发明
国别省市：