CN106989693A - 一种离轴椭球镜面形检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离轴椭球镜面形检测装置及其检测方法，属于光学检测设备技术领域，所述检测装置依次包括干涉仪、聚焦透镜、拔高镜、第一小孔板、第二小孔板、离轴椭球镜、补偿透镜和全反镜，所述干涉仪用于输出激光束，聚焦透镜与干涉仪同光轴设置，拔高镜包括平行设置的第一反射镜和第二反射镜，第一小孔板和第二小孔板位于干涉仪光轴上且结构相同，离轴椭球镜的短焦点与聚焦透镜的焦点重合，经所述离轴椭球镜出射的反射光束与补偿透镜的光轴重合，所述全反镜与反射光束垂直放置，本发明具有结构紧凑、成本低、简单易操作、检测精度高、适用范围广的特点。

Description

一种离轴椭球镜面形检测装置及其检测方法

技术领域

本发明属于光学检测设备技术领域，具体地说涉及一种离轴椭球镜面形检测装置及其检测方法。

背景技术

非球面光学元件是一种非常重要的光学元件，它可以获得球面光学元件所无可比拟的成像质量和光学设计效果。离轴椭球镜作为非球面镜，由于其几何轴和光学轴不重合，其旋转不对称性导致在加工及测量中存在一定难度，因此，非球面的加工、检验是困扰其使用的一个重要因素，其中，面形是衡量光学元件质量的一个重要指标，严重影响光束质量。因此，为保证离轴椭球镜的加工质量，对其表面面形的测量非常重要，如何为非球面的加工提供准确而又可靠的面形数据对光学加工是至关重要的。

发明内容

针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种离轴椭球镜面形检测装置及其检测方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种离轴椭球镜面形检测装置，依次包括：

干涉仪，用于输出激光束；

聚焦透镜，其与干涉仪同光轴设置，其焦点处设有小孔；

拔高镜，其包括平行设置的第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜位于干涉仪的光轴上，且第一反射镜与干涉仪的光轴呈45°，所述第二反射镜位于第一反射镜的正上方；

位于干涉仪光轴上且结构相同的第一小孔板和第二小孔板，所述第一小孔板上设有高度不同的第一小孔和第二小孔，所述第一小孔板和第二小孔板平行设置，所述第一小孔的高度与激光束的中心高度相同；

离轴椭球镜，其包括短焦点和长焦点，所述短焦点与聚焦透镜的焦点重合，所述离轴椭球镜的光轴与聚焦透镜的光轴重合，所述离轴椭球镜的中心高度与第二小孔的高度相同；

以及补偿透镜和全反镜，经所述离轴椭球镜出射的反射光束与补偿透镜的光轴重合，所述全反镜与反射光束垂直放置。

进一步，所述激光束的光束口径为d，其中心高度为l，所述聚焦透镜的焦长为f₁，其通光口径为D₁，且D₁＞d。

进一步，所述离轴椭球镜的通光口径为D₂，中心高度为L，反射角为α，短焦长为f₂，长焦长为F，且D₂＞d，所述离轴椭球镜的中心与小孔的水平距离为S，且S＝f₂-(L-l)。

进一步，所述补偿透镜为负透镜，其焦长为f₃，且f₃＝F。

进一步，所述第一反射镜和第二反射镜的高度差为h，且h＝L-l。

进一步，所述第一小孔的高度为l，所述第二小孔的高度为L。

进一步，所述小孔的孔径为0.5mm～2mm。

另，本发明还提供一种离轴椭球镜面形检测装置的检测方法，包括如下步骤：

S1：放置干涉仪和聚焦透镜，所述干涉仪输出的激光束经过聚焦透镜后聚焦，将小孔置于聚焦透镜的焦点处；

S2：移除聚焦透镜，激光束经过小孔后变为小光束，将第一小孔板和第二小孔板推入小光束的光路中，使得所述小光束均通过第一小孔板和第二小孔板上的第一小孔；

S3：放置第一反射镜和第二反射镜，调节第二反射镜的高度和偏转角度，使得所述小光束均通过第一小孔板和第二小孔板上的第二小孔；

S4：放置离轴椭球镜，并使得其中心与所述小光束重合，调整离轴椭球镜的偏转角度，使得反射光束与入射光束夹角为α，且反射光束与入射光束的中心高度相同；

S5：放置补偿透镜和全反镜，并移除小孔、第一小孔板和第二小孔板；

S6：将聚焦透镜复位，反射光束在全反镜处被反射回原光路，最终入射至干涉仪，得到干涉图样，完成对离轴椭球镜面形检测。

进一步，所述激光束为平行光束。

本发明的有益效果是：

采用常用光学元件对离轴椭球镜面形进行检测，结构紧凑，成本低，简单易操作，采用干涉仪获取干涉图样提高检测精度，同时，采用聚焦透镜可适用于不同口径的离轴椭球镜的面形检测，适用范围广，另外，采用拔高镜可适用于不同中心高度的离轴椭球镜的面形检测，灵活度高。

附图说明

图1是本发明的整体结构俯视图；

图2是本发明整体光路示意图；

图3是本发明的整体结构前视图；

图4是推入第一小孔板和第二小孔板后的调试光路示意图；

图5是放置第一反射镜和第二反射镜后的调试光路示意图。

附图中：1-干涉仪、2-聚焦透镜、3-拔高镜、31-第一反射镜、32-第二反射镜、4-离轴椭球镜、5-补偿透镜、6-全反射、7-小孔、8-第一小孔板、81-第一小孔、82-第二小孔、9-第二小孔板。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。

实施例一：

如图1-图5所示，一种离轴椭球镜面形检测装置，依次包括干涉仪1、聚焦透镜2、拔高镜3、第一小孔板8、第二小孔板9、离轴椭球镜4、补偿透镜5和全反镜6，其中，所述聚焦透镜2、拔高镜3、补偿透镜5、全反镜6的面形均优于1/8倍波长。所述干涉仪1用于输出激光束，所述激光束为平行光束，其光束口径为d，其中心高度为l，所述聚焦透镜2与干涉仪1同光轴设置，其焦点处设有小孔7，所述小孔7的孔径为0.5mm～2mm，聚焦透镜2用于对激光束进行聚焦，促使检测装置可适用于不同口径的离轴椭球镜4的面形检测。所述聚焦透镜2的焦长为f₁，其通光口径为D₁，且D₁>d。

所述拔高镜3包括平行设置的第一反射镜31和第二反射镜32，所述第一反射镜31位于干涉仪1的光轴上，且第一反射镜31与干涉仪1的光轴呈45°，所述第二反射镜32位于第一反射镜31的正上方，也就是说，第二反射镜32与水平方向的夹角为45°。

所述第一小孔板8和第二小孔板9均位于干涉仪1光轴上，且两者结构相同。所述第一小孔板8、第二小孔板9上设有高度不同的第一小孔81和第二小孔82，所述第一小孔板8和第二小孔板9平行设置，所述第一小孔81的高度与激光束的中心高度相同，也就是说，所述第一小孔81的高度为l。

所述离轴椭球镜4包括短焦点和长焦点，所述短焦点与聚焦透镜2的焦点重合，所述离轴椭球镜4的光轴与聚焦透镜2的光轴重合，所述离轴椭球镜4的通光口径为D₂，中心高度为L，反射角为α，短焦长为f₂，长焦长为F，且D₂>d，所述离轴椭球镜4的中心与小孔7的水平距离为S，且S＝f₂-(L-l)，所述离轴椭球镜4的中心高度与第二小孔82的高度相同，也就是说，所述第二小孔82的高度为L。经所述离轴椭球镜4出射的反射光束与补偿透镜5的光轴重合，补偿透镜5为负透镜，其焦长为f₃，且f₃＝F，所述全反镜6与反射光束垂直放置。

实施例二：

本实施例与实施例一相同的部分不再赘述，本实施例提供了一种离轴椭球镜面形检测装置的检测方法，包括如下步骤：

S1：放置干涉仪1和聚焦透镜2，所述干涉仪1输出的激光束经过聚焦透镜2后聚焦，将小孔7置于聚焦透镜2的焦点处；

S2：如图4所示，移除聚焦透镜2，激光束经过小孔7后变为小光束，将第一小孔板8和第二小孔板9推入小光束的光路中，使得所述小光束均通过第一小孔板8和第二小孔板9上的第一小孔81，实现小光束的准直；

S3：如图5所示，放置第一反射镜31和第二反射镜32，调节第二反射镜32的高度和偏转角度，所述第一反射镜31和第二反射镜32的高度差为h，且h＝L-l，使得所述小光束均通过第一小孔板8和第二小孔板9上的第二小孔82，改变小光束的光路并实现再次准直；

S4：放置离轴椭球镜4，并使得其中心与所述小光束重合，调整离轴椭球镜4的偏转角度，使得反射光束与入射光束夹角为α，且反射光束与入射光束的中心高度相同；

S5：放置补偿透镜5和全反镜6，并移除小孔7、第一小孔板8和第二小孔板9；

S6：将聚焦透镜2复位，反射光束在全反镜6处被反射回原光路，依次经过补偿透镜5、离轴椭球镜4、第二反射镜32、第一反射镜31、聚焦透镜2，最终入射至干涉仪1，得到干涉图样，完成对离轴椭球镜4面形检测。

采用常用光学元件对离轴椭球镜4面形进行检测，结构紧凑，成本低，简单易操作，采用干涉仪1获取干涉图样提高检测精度，同时，采用聚焦透镜2可适用于不同口径的离轴椭球镜的面形检测，适用范围广，另外，采用拔高镜3可适用于不同中心高度的离轴椭球镜4的面形检测，灵活度高。此外，为了能够便捷的调试光路，所述聚焦透镜2、小孔7、第一小孔板8和第二小孔板9分别置于光学平台上，以实现推入光路和移除光路操作。

本实施例中，激光束的光束口径d为80mm，其中心高度l为50mm，聚焦透镜2的焦长f₁为300mm，其通光口径D₁为100mm，离轴椭球镜4的通光口径D₂为200mm，中心高度L为150mm，反射角α为23°，短焦长f₂为800mm，长焦长F为314m，补偿透镜5的焦长f₃为-314m，小孔7的孔径为0.8mm。

以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。

Claims (9)

1.一种离轴椭球镜面形检测装置，其特征在于，依次包括：

干涉仪，用于输出激光束；

聚焦透镜，其与干涉仪同光轴设置，其焦点处设有小孔；

拔高镜，其包括平行设置的第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜位于干涉仪的光轴上，且第一反射镜与干涉仪的光轴呈45°，所述第二反射镜位于第一反射镜的正上方；

位于干涉仪光轴上且结构相同的第一小孔板和第二小孔板，所述第一小孔板上设有高度不同的第一小孔和第二小孔，所述第一小孔板和第二小孔板平行设置，所述第一小孔的高度与激光束的中心高度相同；

离轴椭球镜，其包括短焦点和长焦点，所述短焦点与聚焦透镜的焦点重合，所述离轴椭球镜的光轴与聚焦透镜的光轴重合，所述离轴椭球镜的中心高度与第二小孔的高度相同；

以及补偿透镜和全反镜，经所述离轴椭球镜出射的反射光束与补偿透镜的光轴重合，所述全反镜与反射光束垂直放置。

2.根据权利要求1所述的一种离轴椭球镜面形检测装置，其特征在于，所述激光束的光束口径为d，其中心高度为l，所述聚焦透镜的焦长为f₁，其通光口径为D₁，且D₁＞d。

3.根据权利要求2所述的一种离轴椭球镜面形检测装置，其特征在于，所述离轴椭球镜的通光口径为D₂，中心高度为L，反射角为α，短焦长为f₂，长焦长为F，且D₂＞d，所述离轴椭球镜的中心与小孔的水平距离为S，且S＝f₂-(L-l)。

4.根据权利要求3所述的一种离轴椭球镜面形检测装置，其特征在于，所述补偿透镜为负透镜，其焦长为f₃，且f₃＝F。

5.根据权利要求4所述的一种离轴椭球镜面形检测装置，其特征在于，所述第一反射镜和第二反射镜的高度差为h，且h＝L-l。

6.根据权利要求3-5任一所述的一种离轴椭球镜面形检测装置，其特征在于，所述第一小孔的高度为l，所述第二小孔的高度为L。

7.根据权利要求6所述的一种离轴椭球镜面形检测装置，其特征在于，所述小孔的孔径为0.5mm～2mm。

8.一种采用如权利要求1-7所述的一种离轴椭球镜面形检测装置的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：放置干涉仪和聚焦透镜，所述干涉仪输出的激光束经过聚焦透镜后聚焦，将小孔置于聚焦透镜的焦点处；

S2：移除聚焦透镜，激光束经过小孔后变为小光束，将第一小孔板和第二小孔板推入小光束的光路中，使得所述小光束均通过第一小孔板和第二小孔板上的第一小孔；

S3：放置第一反射镜和第二反射镜，调节第二反射镜的高度和偏转角度，使得所述小光束均通过第一小孔板和第二小孔板上的第二小孔；

S4：放置离轴椭球镜，并使得其中心与所述小光束重合，调整离轴椭球镜的偏转角度，使得反射光束与入射光束夹角为α，且反射光束与入射光束的中心高度相同；

S5：放置补偿透镜和全反镜，并移除小孔、第一小孔板和第二小孔板；

S6：将聚焦透镜复位，反射光束在全反镜处被反射回原光路，最终入射至干涉仪，得到干涉图样，完成对离轴椭球镜面形检测。

9.根据权利要求8所述的一种离轴椭球镜面形检测装置的检测方法，其特征在于，所述激光束为平行光束。