[发明专利]光学元件光轴与机械轴偏差测试系统、测试方法以及偏差修正方法

权利要求书

1.一种光学元件光轴与机械轴偏差的测试系统，其特征在于，包括干涉仪模块、方位调整模块和角度测量模块；

所述干涉仪模块包括干涉仪(1)和干涉仪测试基准波面发生器(2)，所述干涉仪测试基准波面发生器(2)将所述干涉仪(1)发出的标准球面波前或平面波前转化为与被测的光学元件(3)镜面一致的非球面波前，以作为测试基准；所述干涉仪(1)用于测试光学元件(3)的镜面面型误差；

所述方位调整模块包括夹持机构(4)、高精度转台(5)、支撑架(6)、平面反射镜(7)以及五维调整架(9)；所述夹持机构(4)同轴固定设于所述高精度转台(5)上，用于夹持光学元件(3)；所述高精度转台(5)固定设于所述支撑架(6)上，用于带动所述夹持机构(4)及其夹持的所述光学元件(3)进行转动；所述平面反射镜(7)固定设于所述支撑架(6)上与高精度转台(5)相反的一侧；所述支撑架(6)固定设于所述五维调整架(9)上，用于支撑所述高精度转台(5)；所述五维调整架(9)用于带动所述支撑架(6)进行五个维度的定位调整；

所述角度测量模块包括自准直测角仪(8)，用于测量所述方位调整模块在调整过程中所述平面反射镜(7)的角度变化量。

2.一种光学元件光轴与机械轴偏差的测试方法，其特征在于，应用权利要求1所述的测试系统，包括以下步骤：

S1、将所述光学元件(3)与所述高精度转台(5)精密定位，并通过所述夹持机构(4)夹紧；

S2、通过所述五维调整架(9)将所述光学元件光轴(11)与所述干涉仪光轴(10)调整至重合状态，将此位置记为零方位，记录零方位时自准直测角仪(8)测量的角度初值；

S3、将光学元件(3)通过所述高精度转台(5)从零方位转动180°，将此位置记为180°方位，记录180°方位时所述干涉仪(1)测试光学元件(3)的镜面面形误差中的慧差量、倾斜量。

S4、通过所述五维调整架(9)将光学元件(3)调整至慧差量为零的状态，使得光学元件光轴(11)与干涉仪光轴(10)再一次重合，记录调整过程中所述自准直测角仪(8)测试角度的变化量α，计算光学元件机械轴(12)与光学元件光轴(11)的夹角γ＝α/2。

S5、根据步骤S3中干涉仪(1)测试的光学元件(3)的慧差量、倾斜量以及步骤S4中光学元件机械轴(12)与光学元件光轴(11)的夹角γ，按照光学几何成像原理进行分析计算，即可获得光学元件机械轴(12)与光学元件光轴(11)之间的偏移量。

3.根据权利要求2所述的光学元件光轴与机械轴偏差的测试方法，其特征在于，步骤S1中所述的精密定位是指通过千分表实现所述光学元件机械轴(12)与所述高精度转台(5)的机械轴重合。

4.根据权利要求2所述的光学元件光轴与机械轴偏差的测试方法，其特征在于，步骤S2中所述零方位的判断标准为干涉仪(1)测试出光学元件(3)的镜面面形误差中的慧差量为零。

5.一种光学元件光轴与机械轴偏差的修正方法，其特征在于，以权利要求2-4中任一项所述测试方法获得的光轴与机械轴之间的夹角和偏移量为依据，采用ZEMAX计算镜面面形泽尼克系数的第6、7项，拟合得到镜体光轴与机械轴偏差产生的慧差量，依据慧差量采用机械臂夹持所述光学元件(3)进行表面精密抛修，表面精密抛修后再次测试，若测试结果没有达标，则根据测试结果进行下一轮表面精密抛修，直到测试结果达标。

6.根据权利要求5所述的光学元件光轴与机械轴偏差的修正方法，其特征在于，所述下一轮表面精密抛修前需要改变所述机械臂对所述光学元件(3)的夹持角度。