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申请/专利权人：中国科学院光电技术研究所

摘要：本发明提供了一种基于计算机辅助装调的球面曲率半径测量装置及方法，相移干涉仪安装在大理石基座中心；由检测工装和四维电控调整架组成的测量平台安装在与大理石基座相连的升降装置上，被测件在共焦和猫眼的位置通过四维电控调整架和气浮导轨调整；激光测距仪固定在大理石基座横梁上；计算机系统与相移干涉仪、激光测距仪和四维电控调整架相连，采集干涉图信息与记录位移量；通过采集到的面形信息，分别对猫眼位置附近处和共焦位置附近采集的面形信息进行分析获得所需调整量，通过四维电控调整架定量调整被测件，实现两定焦位置的准确调整。

主权项：1.一种基于计算机辅助装调的球面曲率半径测量方法，所述方法基于计算机辅助装调的球面曲率半径测量装置，所述装置包括大理石基座1、相位干涉仪2、激光测距仪3、气浮导轨4、四维电控调整架5、检测工装6、被测镜7、参考镜8、计算机系统9；其中：相位干涉仪2安装在大理石基座1中心，用于采集测量位置附近的干涉条纹；激光测距仪3位于大理石基座1上方横梁，用来记录从猫眼到共焦位置的轴向位移；气浮导轨4固定在大理石基座1上，用于驱动被测镜7的轴向位移；由四维电控调整架5与检测工装6组成的测量平台与气浮导轨4相连，四维电控调整架5用于调整被测镜7沿X、Y方向的平移量和倾斜量，检测工装6用来固定被测镜7；计算机系统9与相位干涉仪2、激光测距仪3、气浮导轨4和四维电控调整架5相连，用于采集、分析和处理相位干涉仪2采集的干涉面形数据，以及记录激光测距仪3和四维电控调整架5采集到的相对位移量和倾斜量，并通过气浮导轨4和四维电控调整架5驱动被测镜7移动到特定位置，实现球面曲率半径测量；其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤a：输入参考镜F数、通光口径D和被测镜名义半径R，定义重复扫描次数K；步骤b：沿光轴移动被测镜7到猫眼位置附近，通过激光测距仪3记录轴向位移；步骤c：在相位干涉仪2中获得测量波前进行Zernike拟合得到面形数据，根据拟合波像差与失调引入波像差的相互对应关系得到第一失调量、、以及、的数值，重新调整被测镜7的姿态，其中第一调整量为；步骤d：若，则返回上一步，反之则进行下一步，其中为猫眼位置处设定的第一调整量阈值；步骤e：沿光轴移动被测镜7到共焦位置附近，通过激光测距仪3记录轴向位移，在相位干涉仪2中获得离焦波前；步骤f：根据拟合波像差与失调引入波像差的相互对应关系得到第二失调量、、以及、的数值，重新调整被测镜7的姿态，其中第二调整量为；步骤g：若则返回上一步，若且k≠0，则返回步骤b，当k=0时结束测量，其中k为设定的测量次数，为共焦位置处设定的第二调整量阈值；步骤h：最终完成k次重复测量，结束测量；其中，以O点为原点建立直角坐标系，在调整过程中，被测镜符合刚体转动定理，存在6个自由度，分别为沿x、y、z轴的平动第一失调量、、和绕x、y、z轴的转动第一失调量、、，被测镜曲率中心由点Q0,0,-R移动到点，得到以下分别以O、Q和Q′为球心的方程组，其中点,,，,,，,,分别为以O、Q和Q′为球心的球面上的任意一点； ；在猫眼位置处由失调量引起波像差为： ；其中，为波长，光线AO从所选用的标准球面镜头TS入射到焦点O发生反射，由于被测镜存在微量的调整量，导致实际光线传播到点O′发生反射，反射后的传播方向由OB变为；其中，在调整过程中，被测镜符合刚体转动定理，存在6个自由度，分别为沿x、y、z轴的平动第一失调量、、和绕x、y、z轴的转动第一失调量、、，设被测镜面上任意点坐标为与引入调整量后该点坐标之间的关系为： ；令，，且忽略，综上，P到P'的位移矢量表示为： ；球面方程由以下公式表示： ；式中，表示中心曲率；表示镜面各点位置，其中；在共焦位置处测量光线沿被检镜面的法线方向入射，所以调整误差取位置矢量在其法线方向上的投影来表示，由于镜面为反射面，则引入的波像差为2倍由调整误差引起的波像差： ；其中，为球面的单位法向量，用下式表示： ；该方法测得曲率半径通过激光测距仪3和四维电控调整架5在两定焦位置的相对调整量计算得到。

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