[发明专利]一种测量球面反射镜曲率半径的装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学加工检测领域的测量技术，特别是涉及一种对球面反射镜 曲率半径检测的装置与方法。

背景技术

光学球面曲率半径的精密测量是光学加工检测过程中的重要环节，作为大 口径球面反射镜的一个重要参数，其曲率半径的高精度测量一直是一个难点。 大口径球面镜曲率半径一般都在数米量级，目前光学加工中常用的办法是使用 刀口仪定焦，米尺测量的办法，该方法首先使用刀口仪找到被测球面的焦平面， 再用米尺进行简单的测量，刀口仪定焦精度很高，但是米尺测量精度很低，只 能满足毫米级精度的使用要求。

《光仪技术》1985年1期：P30-35.42中的《中长曲率半径测量仪》一文以 及北京理工大学出版社2010年出版的《光学测试技术》第51页中介绍的曲率 半径测量技术，使用自准直显微镜分别瞄准被测球面和球心，标准杆作为测量 基准，该技术的最大缺点是测量不同长度的曲率半径，需要不同长度的标准杆， 也就是说测量前必须提前制备合适的标准杆，测量适应性差。公告号为CN 2441116Y的中国实用新型专利，在上述技术的基础上进行了改进，去掉了标准 杆，采用双频激光干涉仪作为长度测量的基准，对于不同长度的曲率半径，适 应性好，但是双频激光干涉仪价格昂贵，并且需要不短于被测曲率半径长度的 高精度导轨，测量系统的配置复杂，增加了检测成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提高测量精度，提供一种基于大 尺寸几何量检测原理的测量方法，实现大口径球面反射镜曲率半径检测的装置 与方法。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种测量球面反射镜曲率半径的装置，包括球心瞄准系统、组合测杆、测 微头甲、测微头乙、支撑调整架甲和支撑调整架乙；球心瞄准系统的焦点与被 测球面的球心重合，测微头甲、测微头乙分别安装在组合测杆的两端，且测微 头甲和测微头乙的测量线与组合测杆同轴，组合测杆通过支撑调整架甲和支撑 调整架乙被架设在被测球面的任一球径上。

上述的球心瞄准系统由点光源、准直透镜甲、准直透镜乙、准直透镜丙、 分光棱镜、CCD和球心瞄准系统支撑调整架丙组成，点光源位于准直透镜乙的 焦点上，CCD位于准直透镜甲的焦平面上，准直透镜丙与准直透镜甲光轴重合， 点光源发出的光经准直透镜乙汇聚为平行光束，经分光棱镜转折，被准直透镜 丙汇聚照射到被测球面上，经被测球面反射，原路返回，经准直透镜丙变为平 行光束，再经分光棱镜，被准直透镜甲汇聚，成像在CCD靶面上。

一种测量球面反射镜曲率半径的方法，包括组合测杆的标定，球心瞄准系 统的装调，测量时的调整和给出测量结果。测量前首先采用高精度测量仪器标 定该装置，装调球心瞄准系统，测量时调整该装置，最后给出测量结果。

上述组合测杆的标定，包括每段组合测杆的标定和组合测杆装上测微头甲 和测微头乙后的整体标定；使用高精度的长度测量仪器标定每段测杆，记录其 精确尺寸；再把测微头甲和测微头乙分别安装在一根测杆的两端标定其零位， 记录测微头甲和测微头乙零位之间的尺寸。

上述球心瞄准系统的装调，即调整点光源、准直透镜甲、准直透镜乙、准 直透镜丙、分光棱镜和CCD之间的相对位置，使点光源发出的光束经准直透镜 乙变为平行光，被分光棱镜反射后再次被准直透镜甲、准直透镜丙汇聚，经球 心瞄准系统的焦点返回的光束经准直透镜丙和分光棱镜，再被准直透镜甲汇聚 后正好落在CCD的靶面中心，并用十字标记点光源在CCD上的成像位置。

上述测量时的调整，包括：步骤一：在被测球面球心位置架设调整球心瞄 准系统，使点光源发出的光束经被测球面反射，最后成像在CCD上为一光斑， 再调球心瞄准系统位置，使光斑最小并与十字标记重合，此时球心瞄准系统的 焦点已与被测球面的球心重合；步骤二：根据测量范围，选用组合测杆，组合 测杆两端安装测微头甲、测微头乙，利用支撑调整架甲和支撑调整架乙架设组 合测杆，测微头乙一端靠近球面方向，调整支撑调整架，使测微头甲测头的球 心与球心瞄准系统的焦点重合，方法与步骤一相同，记录测微头甲的读数；步 骤三：解锁测微头乙，使其接触镜面，并记录其读数。

通过上述步骤，即可得出被测球面反射镜的曲率半径。