[發明專利]楔形透鏡的檢測裝置和檢測方法

有效

• 申請號: 201310210297.X
• 申請日: 2013-05-30
• 公開（公告）號: CN103308281A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 邵平;居玲潔;沈衛星;趙東峰;王利;周洋
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及光學元件，特別是一種楔形透鏡的檢測裝置和檢測方法，可廣泛應用于楔形透鏡的加工和檢測，特別是針對高精度的楔形透鏡，此方法能夠滿足各種外形、大小的楔形透鏡的檢測，并達到精確度高、測量誤差小的要求。

背景技術

楔形透鏡是平凸透鏡和直角棱鏡的組合。關于楔形透鏡的檢測，最重要的兩個檢測指標是楔角差和塔差。實際加工的楔形透鏡楔角度數與理論設計的楔角度數之差即為楔角差；垂直于光傳播方向的面相交的棱在楔形透鏡展開后都應該是相互平行的，如果有不平行出現即為楔形透鏡的塔差。由于楔形透鏡一面為球面/非球面，另一面為平面，球面/非球面上任何一點都可與對應的球心形成一條光軸，因此采用常規的光學方法無法精確測得最終楔角差和塔差，只能基于機械與光學相結合的方法來測量。

目前，對楔形透鏡常用的檢測方法是使用三坐標儀或經緯儀。三坐標儀是通過測量透鏡表面多點的坐標，經過計算機軟件凝合坐標點得出楔形透鏡的楔角差和塔差，此方法由于測量點是在透鏡的曲面上，測量誤差較大，無法滿足高精度楔形透鏡的檢測要求。使用經緯儀檢測時是將經緯儀放置在檢測光路中，測得光路中標準反射鏡和楔形透鏡斜面的夾角，此方法雖然測量精度好于三坐標儀，但無法分別測出楔角差和塔差的值。以上兩種方法均只能適用一般精度的楔形透鏡，對于高精度楔形透鏡測量，會造成一定的測量誤差（包括塔差和楔角差），給加工帶來很大的困難。

發明內容

本發明的目的是要提供一種楔形透鏡的檢測裝置和檢測方法，該方法能對在加工、檢驗中的楔形透鏡的楔角差和塔差進行精確測量，提供精確的加工參數。

本發明的技術解決方案如下：

一種用于楔形透鏡的檢測裝置，特點在于其構成包括4D動態干涉儀、補償鏡組、平臺、標準反射鏡、高精度轉臺調整架、立方棱鏡、自準直平行光管，上述元件的位置關系如下：

楔形透鏡置于平臺上，依次設置的4D動態干涉儀、補償鏡組、楔形透鏡和標準反射鏡同光軸形成波前檢測光路，高精度轉臺調整架與立方棱鏡放置于楔形透鏡和標準反射鏡中間，立方棱鏡放置在高精度轉臺調整架上，立方棱鏡的四個側面平行于高精度轉臺調整架的轉軸，并且高精度轉臺調整架的轉軸垂直于檢測光路的光軸，自準直平行光管的光軸同時垂直于檢測光路的光軸和高精度轉臺調整架的轉軸。

所述的高精度轉臺調整架由上二維調整架、下二維調整架和精密轉臺組成。上二維調整架主要用于調整立方棱鏡的四個側面與高精度轉臺調整架的轉軸平行；下二維調整架主要用于調整高精度轉臺調整架的轉軸與檢測光路垂直，確保測量的正確性；精密轉臺是為了在旋轉過程中的獲取精確讀數。

所述的上二維調整架，其特點在于該調整架由調節手輪、小鋼球、螺母A、上板、頂塊、下板、螺釘、簧管、球面彈簧墊片、大鋼球組成；

所述的下二維調整架，其特點在于該調整架由底腳、螺母B、底板、鎖緊螺母、墊腳組成；

所述的精密轉臺，其特點在于該轉臺是通過電腦軟件驅動與檢測，得出測量值。

一種楔形透鏡的檢測方法，其特點在于該方法包括下列步驟：

①4D動態干涉儀設置直徑為2mm的細光束輸出，校正4D動態干涉儀與楔形透鏡同軸并且確保通過楔形透鏡球面的中心點；

②在4D動態干涉儀與楔形透鏡之間放入補償鏡組，先校正補償鏡組與4D動態干涉儀同軸和間距，再校正楔形透鏡與補償鏡組的面間距，最后將標準反射鏡面垂直與檢測光軸；

③將4D動態干涉儀設置為測試狀態，配上與楔形透鏡的焦距與通光口徑的比值相匹配的球面鏡頭匹配的球面鏡頭，精調標準反射鏡的二維角度以及微調補償鏡組和楔形透鏡的距離，使干涉圖像置零場位置（零場位置指干涉條紋數最少的位置），波前檢測光路調試完成；

④在楔形透鏡與標準反射鏡之間放置高精度轉臺調整架與立方棱鏡，通過調整自準直平行光管使得立方棱鏡的自準像反射到自準直平行光管視場中心；

⑤以此位置為基準，旋轉精密轉臺角度180°，同時調整上二維調整架的角度，用自準直平行光管監測自準像的位置，如果自準像的位置有上下偏差，上二維調整架調整其偏差量的1/2,自準直平行光管調也調整其偏差量的1/2，使得調整后所看到的自準像的位置位于自準直平行光管視場中心；

⑥旋轉精密轉臺角度90°，同時調整上二維調整架的角度，用自準直平行光管監測自準像的位置，如果自準像的位置有上下偏差，上二維調整架調整其偏差量的1/2,自準直平行光管也調整其偏差量的1/2，使得調整后所看到的自準像的位置位于自準直平行光管視場中心；