[发明专利]一种大口径轴对称非球面测试方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及光学加工与测量技术领域，具体涉及一种大口径轴对称非球面测试方法及装置。

背景技术

近年来，大口径光学元件应用越来越广泛，其加工和检测技术也成为研究热点之一。为了获得高精度的大口径光学元件，需要与之精度相适应的检测方法和仪器。传统光学检测中，大口径光学元件的检测一般需要与其口径相匹配的大口径的轮廓检测仪和干涉检测仪，这就要求要有一块与被检测元件尺寸相同或者更大的标准元件，而这样一个高精度的标准元件不仅加工难度极大，制造成本高，同时对检测环境的要求也很高，这些都无形地增加了检测的成本和难度。

目前非球面的检测可分为接触式测量和非接触式测量两类。非接触测量方法主要包括原子力显微镜测量法、白光干涉扫描法、计算全息法、剪切干涉测量法、相位恢复和子孔径拼接法等。剪切干涉、相位恢复和子孔径拼接等测量方法对小型和大型非球面测量均适用。相位恢复法检测速度较快，可以实现在位测量，但其精度需要进一步提高；剪切干涉法测量速度也较快，其通用性好，测量效率较高，但测量精度还有待提高；子孔径拼接法测量精度较高，但其装置校准和后续图像处理稍显繁琐，测量速度难以提高。计算全息法具有较高的测量精度，但需要针对不同类型的非球面制作不同的全息图，通用性不强；白光干涉扫描法精度虽高，但一般只适合测量小型非球面；原子力显微镜法介于接触法和光学法之间，测量精度和分辨率都很高，但测量范围很小，适合微小非球面镜片的测量；接触式测量方法主要是接触式探针测量法，比较成熟，虽然测量速度慢，接触式测量方法技术成熟，是目前非球面面形测量的主力军。

目前大多数光学加工单位都购置有接触式轮廓测量仪器，由于仪器测量量程的限制，超出工作量程，工件将无法检测，加工受到很大的限制，如需检测更大口径的光学零件，需要购置量程更大的轮廓仪，且仪器更新价格昂贵，动辄数十万上百万元。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种大口径轴对称非球面测试方法及装置，能够解决大口径光学表面的检测测量，可将设备的测量量程增大80％。实现了大口径光学表面的检测测量。

为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：一种大口径轴对称非球面测试装置，其特征在于：该装置包括自定心透镜夹持器，旋转台、X向水平移动平台和Y向水平移动平台；所述的自定心透镜夹持器固定于旋转台上，并同轴设置，旋转台由旋转轴和轴套组成，可绕轴实现0-360°旋转；旋转台固定于X向水平运动平台上，X向水平运动平台固定于Y向水平运动平台上，Y向水平运动平台固定于基座上。

所述的X向水平移动平台、Y向水平移动平台通过手动或者步进电机带动。

所述的X向水平移动平台的移动范围为0-300mm，Y向水平移动平台的移动范围为0-200mm。

一种大口径轴对称非球面测试方法的测试方法的步骤为：

1)将被测量光学元件放置于自定心透镜夹持器上，将本装置安装于探针式轮廓检测仪的工作台上。

2)探针式轮廓检测仪的探针由边沿过非球面顶点获得测量数据L_0.mod，过顶点后测量长度不小于5mm；将旋转台旋转180度后，探针由边沿过非球面顶点以同样方式获得测量数据R_0.mod；

3)对测量数据L_0.mod二次曲线拟合，得到二次曲线方程y＝ax²+bx+c,其极值位置-b/2a即为非球面顶点近似位置，对于凸非球面为极大值、凹非球面为极小值，在数据L_0.mod中找出对应的顶点位置,以顶点为基准，各测量数据减去顶点的测量数据，获得测量曲线相对坐标,对应数据为L_1.mod；对测量数据R_0.mod以同样的处理方式,获得其相对坐标，对应数据为R_1.mod；

4)将获得的曲线坐标数据L_1.mod，截取顶点两侧的对称数据获得L_2.mod，与非球面设计数据对比获得偏差数据L_error.mod，对偏差数据L_error.mod进行直线拟合，取拟合直线斜率对应的角度α为修正角度，对曲线L_1.mod以顶点为中心用-α曲线进行旋转调平修正为L_3.mod；对R_1.mod数据以同样的处理方式，获得其旋转调平修正数据R_3.mod；