一种用于测量凹抛物面反射镜焦距的设备及方法[发明专利]

[19]
中华人民共和国国家知识产权局
[12]发明专利申请公开说明书
[11]公开号CN 1645084A [43]公开日2005年7月27日
[21]申请号200510023678.2[22]申请日2005.01.28
[21]申请号200510023678.2
[71]申请人中国科学院上海技术物理研究所
地址200083上海市玉田路500号
[72]发明人钮新华 傅雨田 [74]专利代理机构上海智信专利代理有限公司代理人郭英
[51]Int.CI 7G01M 11/02G02B 5/08
权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页
[54]发明名称
一种用于测量凹抛物面反射镜焦距的设备及方法
[57]摘要
本发明公开了一种用于测量凹抛物面反射镜焦
距的设备及方法，该设备包括：45°折转镜和标准
抛物镜组成的一个牛顿式平行光管、放在标准抛物
镜的光轴焦面上的小孔、漫反射光源、千分表、可
伸缩量棒和标准量具。

该方法是利用漫反射光源既
能够充满小F数被检凹抛物镜的表面，又能够提供
一个平端面作为测量基准；千分表的使用可以保证
实际测量时可伸缩量棒的两个圆弧端分别与漫反射
光源和被检凹抛物镜顶点正好接触。

由于是在千分
表监控下进行量棒长度调节，并采用标准量具对量
棒长度进行标定，因此本发明提供的凹抛物镜焦距
测量方法的精度可以达到0.02～0.05mm，焦距越短，
测量精度越高。

200510023678.2权 利 要 求 书第1/1页 1.一种用于测量凹抛物面反射镜焦距的设备，其特点在于包括：45°折转镜(5)和标准抛物镜(6)组成的一个牛顿式平行光管、放在标准抛物镜(6)的光轴焦面上的小孔(7)、漫反射光源(3)、千分表(4)、可伸缩量棒(2)和标准量具。

2.根据权利要求1的所述设备测量凹抛物面反射镜焦距的方法，其特征在于包括下列步骤：
A.将漫反射光源(3)放在被检凹抛物镜(1)和折转镜(5)之间，并使它们处于测量设备的光轴上，即标准抛物镜(6)的光轴上；
B.通过观测小孔(7)的阴影图，调整漫反射光源(3)的位置，使其位于被检凹抛物镜(1)的焦面上；
C.在漫反射光源(3)后端放置千分表(4)，用于监控漫反射光源(3)的位置变化；然后将可伸缩量棒(2)放在被检凹抛物镜(1)和漫反射光源(3)之间的光轴上，调节可伸缩量棒(2)的长度，使其两个圆弧端分别与漫反射光源(3)和被检凹抛物镜(1)顶点正好接触；
D.最后用标准量具标定完成调节后的可伸缩量棒(2)的长度，其值即为被检凹抛物镜(1)的焦距。

200510023678.2说 明 书第1/3页一种用于测量凹抛物面反射镜焦距的设备及方法
技术领域
本发明涉及光学元件测量设备及方法，具体是指一种用于测量凹抛物面反射镜焦距的设备及方法。

技术背景
凹抛物面反射镜由于其对轴上点成完善像而被广泛应用。

一方面凹抛物面反射镜既可以单独应用于小视场成像系统或更多的应用于牛顿式平行光管，又可以和双曲面组合成卡塞格林望远镜系统；另一方面凹抛物面反射镜的加工检验十分方便，有利于面形加工精度的控制和保证。

在大部分应用场合，对凹抛物面反射镜的面形质量要求很高，而对焦距指标则相对较宽松，如牛顿式平行光管等。

然而对于采用同轴望远镜系统(主镜为抛物面)加透镜组成的折反射光学系统，凹抛物镜的焦距变化将给整个光学系统的焦距及像质带来影响，尤其是应用于红外宽视场成像的光学系统，对凹抛物镜焦距的加工及测量精度提出了很高的要求，因为红外系统无法在装校过程中通过观测像点形状及大小来校正、消除凹抛物镜焦距变化给系统带来的不良影响。

目前，凹抛物面反射镜的加工一般采用手工修磨，而焦距的控制和测量是通过平面镜自准直确定焦面刀口仪位置后，用在稍长量棒上划线测量的方法来实现。

对于焦距小于1米的凹抛物镜，其测量精度大约在0.1～0.2mm之间，显然无法满足上述折反射光学系统的要求。

当然，轮廓仪可以精确测量凹抛物镜的焦距，但是轮廓仪的使用有其自身的限制：只能用于焦距的最终测量，而不能指导抛物镜加工过程中的焦距控制。

另外轮廓仪价格较贵。

发明内容
基于上述原因，本发明的目的是提供一种用于测量凹抛物面反射镜焦距的设备及方法。

该设备只需常规的光学元件和检测件组成，它适用于最大口径为Φ400～Φ450mm，最长焦距1米，最小F数可至0.8的凹抛物面反射镜焦距的精确测量。

本发明的一种用于测量凹抛物面反射镜焦距的设备，其特点在于包括：45°折转镜5和标准抛物镜6组成的一个牛顿式平行光管、放在标准抛物镜6的光轴焦面上的小孔7、漫反射光源3、千分表4、可伸缩量棒2和标准量具。

利用所述设备测量凹抛物面反射镜焦距的方法，其包括下列步骤： 1.将漫反射光源3放在被检凹抛物镜1和折转镜5之间，并使它们处于测量设备的光轴上，即标准抛物镜6的光轴上；
2.通过观测小孔7的阴影图，调整漫反射光源3的位置，使其位于被检凹抛物镜1的焦面上；
3.在漫反射光源3后端放置千分表4，用于监控漫反射光源3的位置变化；然后将可伸缩量棒2放在被检凹抛物镜1和漫反射光源3之间的光轴上，调节可伸缩量棒2的长度，使其两个圆弧端分别与漫反射光源3和被检凹抛物镜1顶点正好接触；
4.最后用标准量具标定完成调节后的可伸缩量棒2的长度，其值即为被检凹抛物镜1的焦距。

本发明的优点是：
1.能够实现大口径、小F数凹抛物镜焦距的精确测量。

2.能够指导凹抛物镜光学加工过程，有效控制凹抛物镜的焦距。

3.本测量设备由常规的光学元件和检测件组成，建立容易，测量方法简单。

附图说明
图1为本发明的凹抛物镜焦距测量设备示意图。

具体实施方式
如图1所示，图中45°折转镜5和标准抛物镜6组成一个牛顿式平行光管，小孔7在其焦面位置；漫反射光源3的采用既能够充满小F数被检凹抛物镜1的表面，又能够提供一个平端面作为测量基准；千分表的使用可以保证实际测量时可伸缩量棒2的两个圆弧端分别与漫反射光源3和被检凹抛物镜1顶点正好接触。

为了提高测量精度，标准抛物镜与被检抛物镜的焦距之比，即横向放大倍率β一般应大于8，按β＝8计算，图1所示光路的轴向放大率为： α＝β2＝64
所以，小孔与标准抛物镜焦面位置的轴向误差可以忽略不计，影响抛物镜焦距测量精度的主要因素是量棒的调节长度和量棒本身长度的测量精度，由于是在千分表监控下进行量棒长度调节，并可以采用标准量具对量棒长度进行标定，因此本发明提供的凹抛物镜焦距测量方法的精度可以达到0.02～0.05mm，焦距越短，测量精度越高。

200510023678.2说 明 书 附 图第1/1页
图1。