[发明专利]共焦自准直中心偏和曲率半径测量方法与装置

权利要求书

1.共焦自准直中心偏和曲率半径测量方法，其特征在于：具有高轴向定位能力的共焦探测系统的聚焦光斑定焦被测镜(9)的轴向位置，高精度的气浮回转系统带动被测镜(9)旋转一周后，自准直定心探测系统记录聚焦光斑经被测镜(9)反射后的径向位置，获得偏心量；高精度的距离测量系统记录聚焦光斑聚焦在被测镜的顶点与球心时的位置，获得曲率半径，然后综合曲率半径与偏心量，计算得出中心偏，包括以下步骤：

步骤一、点光源发生系统(17)出射光束，光束透过沿光束出射方向放置的第一分光镜(5)，经沿第一分光镜(5)透射方向放置的第二分光镜(6)反射后，透过沿第二分光镜(6)反射方向放置的准直物镜(7)变为平行光，平行光经位于准直物镜(7)前的聚焦物镜(8)聚焦在聚焦物镜(8)的前焦点处，形成测量光锥；

其中，一维平移系统(15)带动测量主机(14)沿测量光轴(26)平移，位置记录系统(16)用于记录测量主机(14)的位置，气浮转轴(10)与一维平移系统(15)放置在平台(24)上；

步骤二、沿测量光轴(26)移动测量光锥，使光锥聚焦在被测镜(9)的球心，光锥在球心附近扫描，光束经被测镜(9)反射后，进入共焦探测器(18)，测得共焦强度响应曲线，借助共焦曲线的极值点精确对应聚焦点这一特性，进行定焦，将此时聚焦光斑的位置记为z₁；

步骤三、将测量光锥聚焦在被测镜(9)的球心处，启动气浮转轴(10)，带动被测镜(9)匀速旋转，旋转过程聚焦光斑经被测镜(9)反射后发生偏转，在被测镜(9)的球心位置产生一个偏心圆，反射光束分别聚焦在共焦探测器(18)和第一探测器(13)的探测面上，反射光束在第一探测器(13)的探测面上的光斑路径近似为一个圆，取路径上的n点A₁，A₂…A_n进行圆拟合，记拟合圆的半径为a；

其中第一探测器(13)位于第二分光镜(6)反射方向准直物镜(7)的后焦点处；共焦探测器(18)位于第一分光镜(5)反射方向，由第二显微物镜(11)和第二探测器(12)组成，第二探测器(12)位于第二显微物镜(11)的焦点位置，取探测面上光斑中心的三个像素作为共焦探测器的探测区域；

步骤四、沿测量光轴(26)移动测量光锥，使光锥聚焦在被测镜(9)的顶点，光锥在顶点附近扫描，借助共焦曲线的极值点精确对应聚焦点这一特性，进行定焦，将此时聚焦光斑的位置记为z₂，两次聚焦点z₁和z₂之间的距离r，则被测镜(9)的曲率半径为r＝|z₁-z₂|；

步骤五、根据被测镜(9)的曲率半径r、拟合圆的半径a和聚焦物镜(8)的放大倍率β₁与第二显微物镜(11)的放大倍率β₂的乘积β，计算得出偏心量为中心偏

2.根据权利要求1所述的共焦自准直中心偏和曲率半径测量方法，在对被测镜(9)的球心定焦的过程中，可以确定球心的位置，其特征在于：

测量光锥聚焦在被测镜(9)的球心位置，反射光束经准直光路中的第一分光镜(5)和第二分光镜(6)反射后，进入共焦探测器(18)，经第二显微物镜(11)放大后聚焦在共焦探测器(18)中第二探测器(12)的探测面上，第二探测器(12)采集到的光强响应信号符合高斯分布，响应信号高斯曲线的极值点就精确对应于被测镜(9)的球心，记为z₁，即球心的位置。

3.根据权利要求1所述的共焦自准直中心偏和曲率半径测量方法，在对被测镜(8)表面顶点定焦的过程中，可以确定表面顶点的位置，其特征在于：

测量光锥聚焦在被测镜(9)的表面顶点位置，反射光束经准直光路中的第一分光镜(5)和第二分光镜(6)反射后，进入共焦探测器(18)，经第二显微物镜(11)放大后聚焦在共焦探测器(18)中第二探测器(12)的探测面上，第二探测器(12)采集到的光强响应信号符合高斯分布，响应信号高斯曲线的极值点就精确对应于被测镜(9)的表面顶点，记为z₂，即表面顶点的位置。