[发明专利]双边错位差动共焦抛物面顶点曲率半径测量方法

摘要

本发明属于光学精密测量技术领域，涉及一种双边错位差动共焦抛物面顶点曲率半径测量方法。该方法通过大、小虚拟针孔共焦特性曲线的横向相减处理来锐化共焦响应特性曲线，通过锐化共焦响应特性曲线的双边错位差动相减处理来实现被测表面的差动共焦双极性定焦测量，通过差动共焦定焦曲线的线性拟合来提升焦点位置捕获精度，进而提高抛物面顶点曲率半径测量中透镜表面顶点和焦点位置的定焦精度，以期实现抛物面顶点曲率半径的高精度测量。本发明中横向相减双边错位差动共焦的光强响应曲线过零点附近的斜率大于传统的差动共焦光强响应曲线，显著提高了测量系统定焦精度。本方法具有测量精度高、抗环境干扰能力强和结构简单等优势。

主权项

1.双边错位差动共焦抛物面顶点曲率半径测量方法，其特征在于包括以下步骤：a)打开点光源(1)，其发出的光经分束镜(2)、准直透镜(3)和测量物镜(4)后形成聚焦测量光束(5)透过辅助测量平面镜(31)照射在被测抛物面镜(6)上；b)调整被测抛物面镜(6)使其与辅助测量平面镜(31)、测量物镜(4)和准直透镜(3)共光轴，使准直透镜(3)出射的平行光束经测量物镜(4)汇聚成聚焦测量光束(5)并照射在被测抛物面镜(6)上，被测抛物面镜(6)表面反射的聚焦测量光束(5)再经辅助测量平面镜(31)、测量物镜(4)和准直透镜(3)后被分束镜(2)反射进入到横向相减共焦探测系统(7)；c)沿光轴方向移动被测抛物面镜(6)，使测量光束(5)的焦点与被测抛物面镜(6)的焦点位置重合；在焦点位置附近扫描被测抛物面镜(6)，将横向相减共焦探测系统(7)中大虚拟针孔探测域(11)探测的大虚拟针孔共焦特性曲线(13)I_B(z)，和小虚拟针孔探测域(12)探测到的小虚拟针孔共焦特性曲线(14)I_S(z)进行相减处理，得到半高宽压缩的锐化共焦特性曲线(15)I(z)＝I_S(z)‑γI_B(z)，其中z为轴向坐标，γ为调节因子；d)将锐化共焦特性曲线(15)沿横向坐标平移S得到平移锐化共焦特性曲线(16)，并使锐化共焦特性曲线(15)和平移锐化共焦特性曲线(16)的侧边交汇；对锐化共焦特性曲线(15)和平移锐化共焦特性曲线(16)分别进行同横坐标点插值处理后，再进行逐点相减处理得到错位相减差动共焦特性曲线(17)I_D(z)＝I(z)‑I(z,‑S)，利用差动共焦线性拟合直线(18)对错位相减差动共焦特性曲线(17)的线性段数据进行直线拟合，通过反向回移差动共焦线性拟合直线(18)S/2位置的回移差动共焦拟合直线(20)的移位拟合直线零点(21)来精确确定汇聚测量光束(5)定焦与被测抛物面镜(6)的焦点重合，进而确定被测抛物面镜(6)位置Z₁；e)继续沿测量物镜(4)的光轴方向相向移动被测抛物面镜(6)，使测量光束(5)的焦点与被测抛物面镜(6)的表面顶点重合；在该位置附近扫描被测抛物面镜(6)，由横向相减共焦探测系统(7)通过处理测得的测量艾里斑(10)得到锐化共焦特性曲线(15)后再进行双边错位相减处理得到与测量物镜(4)焦点对应的第二错位相减差动共焦特性曲线(22)，重复步骤d)，主控计算机(24)通过对第二错位相减差动共焦特性曲线(22)进行线性拟合、拟合直线回移、确定回移拟合直线零点，进而精确确定被测抛物面镜(6)的表面顶点位置，记录此时被测抛物面镜(6)的位置Z₂；f)计算被测抛物面镜(6)曲率半径r＝2(Z₁‑Z₂)，顶点焦距为f＝Z₁‑Z₂。