抛物面镜测量
一、抛物面的特性
1、 抛物面具有一对共轭无像差点:以平行光入射,在焦点处可以获得无像差的像。
2、 曲率半径随着与光轴的径向距离而出现变化,在一定程度上对球差进行了优化。
二、测量方法选择
1、机械扫描法
将被测件放置在平稳平台上,做水平或者旋转运动,利用机械测头测出实际轮廓,精度控制在1um,但是数据点较少,测量精度低,且接触式测量对表面面型有损伤。
2、补偿器法
非球面面型在除共轭点之外,系统存在像差,因此需要设计具有像差的光学系统放置在光路中的制定位置,与非球面的相差补偿,使非球面反射回球面光束,从而可以用球面波的检验方法。但是需要设计高质量的补偿器,应用方法受到一定限制。
3、无像差共轭点法
根据非球面面形存在有一对无像差共轭点的特点,选择合适的光路形式,制作必要的辅助反射镜构成准直光路,利用干涉测量原理或阴影法测量原理进行测量。当这种测量方法与移相式数字干涉原理相结合时,该方法具有测量精度高(0.1光圈)、数据信息量大,测量范围广,可消除系统误差和调整误差的优点,是目前非球面检测的首选方法。
三、测量装置
图 1测量装置示意图
根据抛物面的共轭点特性,抛物面焦点发出的光经抛物面反射后成像于无穷远处。若将一中间带孔的辅助平面反射镜置于凹抛物面镜的焦点附近,如图 1(上) 所示,那么由焦点处点光源发出的光经抛物面反射后成为平行光,再由辅助平面反射镜反射后沿原路返回干涉仪,形成零位检测。
1、抛物面共轭点的确定
图 2 抛物线焦距
由上图可知(勾股),抛物线的焦距p/2与口径D和中心厚C的关系为:
因此可以通过测量抛物镜的口径以及中心厚来计算抛物面的焦距。
2、标准透射球面镜选择
图 3 球面镜选择示意图
若要测量抛物面的全视场,由图显然测量口径D1应当大于成像口径,即:,因此需要选择F数小于等抛物面F数的标准球面镜。
四、实际测量
具体测量采用本公司生产的Bysco-100-w搭配带孔平面反射镜对抛物面的凹面进行测量
图 4 抛物面镜的测量结果
从测量结果中可以看出,该套测量系统能够检测出抛物面的形貌,并给出数值化的分析
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