基於幹涉原理的透鏡中心誤差測量系統的製作方法

2023-06-26 12:41:36

專利名稱：基於幹涉原理的透鏡中心誤差測量系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種基於幹涉原理的透鏡中心誤差測量系統，用於對球面和軸對稱非球面透鏡前後表面中心誤差進行測量，屬於光學測量技術領域。
背景技術：
光學系統各分立元件的對心質量直接關係到整個系統的最終成像質量，它是高質量光學成像系統需解決的主要問題之一。目前的光學中心誤差的測量手段仍以光學測量為主。主要有準直測量與幹涉比較測量兩大類測量方法。幹涉比較測量法基於幹涉原理，利用被測透鏡表面所反射的測量光束與參考光束產生幹涉，通過觀察與記錄幹涉條紋的變化情況得到中心誤差與幹涉條紋移動數目的關係，從而來測量透鏡的中心誤差。較之於準直測量方法，幹涉比較測量方法具有快捷、高精度等優點。長春光學精密機械與物理研究所設計的總裝調對心幹涉儀即是基於幹涉原理來測量球面與軸對稱非球面透鏡表面的中心誤差，該儀器的測量原理如

圖1所示。光源(雷射器)發出的光經調焦準直鏡、偏振片、反射鏡及半五稜鏡，入射到偏振分束稜鏡上，在偏振分束稜鏡的分束面上，一部分光透射另一部分光反射，從而形成兩束光，這兩束光在經過半五稜鏡及λ /4波片後入射到反射鏡M1和M2上，調整反射鏡使光線垂直入射到被檢鏡的表面，光束按原路返回。光束兩次通過λ/4波片，偏振方向改變90°，反射回來的兩束光經偏振分束稜鏡後又合為一束光，經檢偏器發生幹涉，用CXD攝像機接收這一幹涉條紋，在監視器上觀察幹涉條紋的變化。測量時，被檢鏡放在精密轉臺上，幹涉儀放在轉臺上方的龍門架上。如果被檢鏡光軸與精密轉臺的轉軸不重合，則在轉臺轉動時，在被檢鏡的兩光點處會有相對位移，在監視器上可觀察到條紋發生移動，記錄下條紋的移動數目，計算出兩光點處的相對位移量，進而可知被檢鏡的偏心量。該儀器存在以下不足在一次裝夾過程中，只能對透鏡單個表面的中心誤差進行測量，測量效率不高；在單個被測表面中心誤差測量過程中，需要兩次調整兩個反射鏡以使得測量光束與被測表面垂直，操作繁瑣；在測量過程中，還需要知道兩測量光束與透鏡表面交點之間的距離，而該距離值的測量不夠直觀而且精確度也不高；該儀器主要用大口徑 (Φ 200mm Φ 500mm)透鏡中心誤差的測量；同時，在該系統中由於測量光束要經過多次的折反射，將會降低幹涉條紋的對比度。

發明內容
本發明的技術問題克服現有技術的不足，提供一種基於幹涉原理的透鏡中心誤差測量系統，能夠同時對球面和軸對稱非球面透鏡前後表面中心誤差進行測量，測量效率高，且操作簡單，不會降低幹涉條紋的對比度。本發明解決上述技術問題的方案是一種基於幹涉原理的透鏡中心誤差測量系統，其特徵在於包括雷射器1、準直鏡2、起偏器3、分光稜鏡4、分光鏡5、第一 λ /4波片6、參考反射鏡7、上可調反射鏡8、下可調反射鏡9、下固定反射鏡10、上固定反射鏡11、第二 λ /4波片12、檢偏器13、成像鏡頭14、CXD相機15、計算機16、精密迴轉工作檯17及被測透鏡18 ；雷射器1發出的雷射束經準直鏡2擴束後，由起偏器3將出射雷射束轉變為線偏振光，分光稜鏡4將入射的平面偏振光分成兩束平行光束；上述兩束平行光束經分光鏡5被分為參考光束與測量光束，前述參考光束經第一 λ /4波片6後入射到參考反射鏡7上，被參考反射鏡反射，參考光束兩次通過第一 λ/4波片6後偏振方向改變90° ；所述測量光束經第二 λ /4波片12後，通過上固定反射鏡11水平入射到上可調反射鏡8上，然後調整上可調反射鏡8使得上測量光束垂直入射到被測透鏡18的上表面並沿原路返回，上測量光束兩次通過第二 λ/4波片12後偏振方向改變90°，並與所述參考光束匯合併發生幹涉；下測量光束經第二 λ/4波片12後，通過下固定反射鏡10水平入射到下可調反射鏡9上，然後調整下可調反射鏡9使得下測量光束垂直入射到被測透鏡的下表面並沿原路返回，下測量光束兩次通過第二 λ/4波片12後偏振方向改變90°，並與所述參考光束匯合併發生幹涉，前述兩組幹涉光束經檢偏器13後分別得到兩組幹涉條紋；經過成像鏡頭14成像後，幹涉條紋被CXD相機15接收，然後轉動精密迴轉工作檯17，通過觀察計算機16顯示和記錄 CCD相機15接收的幹涉條紋的變化，並且計算機16計算得出透鏡前後表面中心誤差的測量結果。本發明的原理將雷射器發出的雷射束分為參考光束和測量光束，通過調整可調反射鏡使得測量光束垂直入射到被測透鏡表面而被原路返回並與參考光束髮生幹涉，當被測透鏡表面存在中心誤差時，在透鏡繞精密轉臺軸線迴轉的過程中，會引起參考光束與測量光束之間光程差的變化從而引起幹涉條紋的移動，通過觀察與記錄幹涉條紋移動的方向與數目的變化，再經過數學計算即可得到光程差、被測透鏡表面中心誤差與幹涉條紋移動數目三者之間的關係。本發明的中心誤差計算方法如圖3所示，α表示垂直入射到被測透鏡表面的測量光束與水平面的夾角，θ表示測量光束與水平面的夾角，L表示被測點到精密迴轉工作檯軸線的距離，R表示被測透鏡表面的曲率半徑，H表示在精密轉臺迴轉過程中，被測點高度的變化，Δ表示在精密迴轉工作檯17迴轉一周的過程中，被測透鏡表面的中心沿精密迴轉工作檯17徑向的最大位移量。由圖中關係可得α = π-2 θ，在AO1O2A中利用餘弦定理有
權利要求
1. 一種基於幹涉原理的透鏡中心誤差測量系統，其特徵在於包括雷射器(1)、準直鏡 O)、起偏器(3)、分光稜鏡G)、分光鏡(5)、第一 λ/4波片(6)、參考反射鏡(7)、上可調反射鏡(8)、下可調反射鏡(9)、下固定反射鏡(10)、上固定反射鏡(11)、第二 λ/4波片(12)、 檢偏器(13)、成像鏡頭(14)、CCD相機(15)、計算機(16)、精密迴轉工作檯(17)及被測透鏡(1 ；雷射器(1)發出的雷射束經準直鏡( 擴束後，由起偏器C3)將出射雷射束轉變為線偏振光，分光稜鏡(4)將入射的平面偏振光分成兩束平行光束；上述兩束平行光束經分光鏡( 被分為參考光束與測量光束，前述參考光束經第一 λ/4波片(6)後入射到參考反射鏡(7)上，被參考反射鏡反射，參考光束兩次通過第一 λ/4波片(6)後偏振方向改變 90° ；所述測量光束經第二 λ/4波片(1 後，通過上固定反射鏡(11)水平入射到上可調反射鏡(8)上，然後調整上可調反射鏡(8)使得上測量光束垂直入射到被測透鏡(18)的上表面並沿原路返回，上測量光束兩次通過第二 λ/4波片(1 後偏振方向改變90°，並與所述參考光束匯合併發生幹涉；下測量光束經第二 λ/4波片(1 後，通過下固定反射鏡 (10)水平入射到下可調反射鏡(9)上，然後調整下可調反射鏡(9)使得下測量光束垂直入射到被測透鏡的下表面並沿原路返回，下測量光束兩次通過第二 λ/4波片(1 後偏振方向改變90°，並與所述參考光束匯合併發生幹涉，前述兩組幹涉光束經檢偏器(1 後分別得到兩組幹涉條紋；經過成像鏡頭(14)成像後，幹涉條紋被CCD相機(1 接收，然後轉動精密迴轉工作檯(17)，通過觀察計算機(16)顯示和記錄CCD相機(1 接收的幹涉條紋的變化，並且計算機(16)計算得出透鏡前後表面中心誤差的測量結果。
全文摘要
一種基於幹涉原理的透鏡中心誤差測量系統，包括雷射器、準直鏡、起偏器、分光稜鏡、分光鏡、第一λ/4波片、參考反射鏡、上可調反射鏡、下可調反射鏡、下固定反射鏡、上固定反射鏡、第二λ/4波片、檢偏器、成像鏡頭、CCD相機、計算機及精密迴轉工作檯。本發明能夠同時對球面和軸對稱非球面透鏡前後表面中心誤差進行測量，測量效率高，且操作簡單，不會降低幹涉條紋的對比度。
文檔編號G01B11/24GK102175433SQ20111004739
公開日2011年9月7日 申請日期2011年2月28日 優先權日2011年2月28日
發明者汪寶旭, 蔣世磊 申請人:中國科學院光電技術研究所