專利名稱：一種檢測(cè)透鏡面形偏差用30度分光器檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及小型球面干涉儀，特別適用于在線無(wú)損檢驗(yàn)球面鏡片曲率半徑偏差、象散偏差、局部偏差的球面干涉儀。
背景技術(shù)：
被檢光學(xué)表面相對(duì)于參考光學(xué)表面的偏差稱面形偏差，面形偏差包括三項(xiàng)半徑偏差、象散偏差、局部偏差。檢驗(yàn)拋光后的光學(xué)零件面形偏差通常采用光學(xué)樣板或干涉儀，檢驗(yàn)方法都是根據(jù)光的干涉原理，在光學(xué)車間檢驗(yàn)光學(xué)零件的面形偏差，常用的方法有干涉圖樣法和陰影法。 干涉圖樣法可分為接觸法(即樣板法)和非接觸法(即干涉儀法)。目前光學(xué)加工企業(yè)在線檢測(cè)常用光學(xué)樣板對(duì)加工鏡片接觸加壓觀察干涉環(huán)，由于直接接觸加壓，對(duì)鏡片的表面光潔度造成破壞，使得高精度光學(xué)鏡片的加工過(guò)程中好不容易達(dá)到了面形精度，檢驗(yàn)過(guò)程又破壞了表面光潔，而且光學(xué)樣板在使用過(guò)程中因磨損會(huì)給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)不易察覺(jué)的誤差，造成反復(fù)返工甚至報(bào)廢、大大降低了生產(chǎn)效率、增加了生產(chǎn)成本。激光檢測(cè)技術(shù)屬于非接觸式測(cè)量技術(shù)，與接觸式測(cè)量方法相比，干涉測(cè)量有更高的靈敏度和準(zhǔn)確度，更高的效率，不會(huì)損傷測(cè)量表面，不易受被測(cè)對(duì)象表面狀態(tài)影響等優(yōu)點(diǎn)，擴(kuò)大了測(cè)量范圍，在精密、超精密加工測(cè)量和實(shí)時(shí)測(cè)控的諸多領(lǐng)域中均獲得廣泛的應(yīng)用。泰曼型干涉測(cè)量和斐索型干涉測(cè)量是目前兩種最為經(jīng)典、應(yīng)用也很廣泛的干涉測(cè)量技術(shù)。目前實(shí)驗(yàn)室里、國(guó)內(nèi)外的各種類型干涉儀可以實(shí)現(xiàn)對(duì)平面和球面光學(xué)零件面形的精確測(cè)量，能夠達(dá)到較高的測(cè)量精度但是儀器價(jià)格昂貴；在目前的泰曼-格林型、斐索型球面干涉儀，測(cè)量原理都是通過(guò)調(diào)節(jié)待測(cè)鏡片的球心與有標(biāo)準(zhǔn)鏡頭射出的標(biāo)準(zhǔn)球面波光束會(huì)聚中心相重合，通過(guò)干涉條紋的判讀方法，定量處理分析被測(cè)鏡片的面形偏差。其檢測(cè)如圖 1所示，空間同光軸間隔自左至右依次分布點(diǎn)光源、分束鏡、有限共軛距物鏡、后表面可實(shí)現(xiàn)半透半反的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭、待測(cè)透鏡，點(diǎn)光源經(jīng)過(guò)有限共軛距物鏡后形成一束平行光，繼續(xù)前進(jìn)在標(biāo)準(zhǔn)鏡頭的后表面(基準(zhǔn)面)，部分反射為參考光束；部分透射并經(jīng)過(guò)待測(cè)透鏡的被測(cè)面發(fā)射為檢測(cè)光束。檢測(cè)光束自準(zhǔn)直返回，與參考光束重合，形成等厚干涉條紋，兩束光束經(jīng)過(guò)分束鏡反射后進(jìn)入觀察區(qū)域。通過(guò)分析干涉條紋情況可實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)透鏡的被測(cè)面的面行偏差的檢測(cè)。這樣測(cè)量范圍受到標(biāo)準(zhǔn)鏡頭相關(guān)孔徑的限制，需要多種規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，并且需要一定長(zhǎng)度的導(dǎo)軌來(lái)實(shí)現(xiàn)待測(cè)透鏡的移動(dòng)，使基準(zhǔn)面的球心與被測(cè)面的球心重合。目前的球面干涉儀只能測(cè)量出被測(cè)球面面形的局部偏差，干涉圖不能反映曲率半徑相對(duì)名義值的偏差，所以在實(shí)際儀器上帶有專門(mén)用來(lái)測(cè)量被測(cè)球面曲率半徑的附加系統(tǒng)。因此，光學(xué)加工企業(yè)非常迫切的需要現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用、特別是對(duì)加工過(guò)程中的在線檢測(cè)的小型化、價(jià)格低廉的面形檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在線快速無(wú)損檢驗(yàn)球面鏡片的曲率半徑偏差、象散偏差、局部偏差，提高生產(chǎn)效率。發(fā)明專利200310122011. 9改進(jìn)型邁克爾遜干涉儀公開(kāi)了一種分光器，該分光器是由兩片完全相同的等邊直角棱鏡接和而成的分光棱鏡，且在接和面上鍍有一層半透半反膜，它可以實(shí)現(xiàn)光束的透鏡和反射。它用于波長(zhǎng)的測(cè)定，未應(yīng)用到透鏡的面形偏差檢測(cè)。待測(cè)透鏡處于待測(cè)位置其幾何位置需要作χ、y、ζ軸空間三方向平動(dòng)及其球面朝向，光軸相對(duì)角度旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)才能滿足精確檢測(cè)，中國(guó)專利97231037. 1三維工作臺(tái)公開(kāi)了一種χ、ι、ζ軸調(diào)節(jié)裝置，但不能作旋轉(zhuǎn)及偏擺。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型目的在于克服上述缺陷，提供一種檢測(cè)透鏡面形偏差用30度分光器檢測(cè)裝置。本實(shí)用新型方案是裝置由定位固定的30度分光器、分光器右斜上方設(shè)置的定位固定的擴(kuò)束整形裝置、擴(kuò)束整形裝置右斜上方的定位固定的檢測(cè)光源、分光器左上方的觀察接收屏、分光器下方以接和面為對(duì)稱的定位固定的右側(cè)光學(xué)樣板及左側(cè)待測(cè)透鏡組成， 分光器由兩個(gè)同形狀直角三角形棱鏡其對(duì)應(yīng)的30度直角邊接和而成，且在接和面鍍有一層半透半反膜，擴(kuò)束整形裝置的光束的中心軸線垂直于右直角三角形棱鏡的斜面，觀察接收屏平行于左直角三角形棱鏡的斜面，光學(xué)樣板、待測(cè)透鏡的光軸分別平行于分光器的接和面。本實(shí)用新型優(yōu)點(diǎn)在于1、用光學(xué)車間里現(xiàn)有的各種不同曲率半徑的光學(xué)樣板代替價(jià)格昂貴的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭產(chǎn)生干涉的參考波前。2、不用長(zhǎng)導(dǎo)軌，使儀器小型化。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)斐索干涉原理圖。圖2為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為光線在分光器中的光路示意圖圖中1.檢測(cè)光源，2.擴(kuò)束整形裝置，3.分光器，4.光學(xué)樣板，4a.光學(xué)樣板的基準(zhǔn)面，5.待測(cè)透鏡，5a.待測(cè)透鏡的待測(cè)面，6.觀察接收屏，7.鏡盤(pán)托架，8.萬(wàn)向節(jié)上座，9.萬(wàn)向節(jié)下座，10.螺桿，11.萬(wàn)向桿，12.三維工作臺(tái)，13.接收屏
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型裝置由定位固定的30度分光器3、分光器3右斜上方設(shè)置的定位固定的擴(kuò)束整形裝置2、擴(kuò)束整形裝置2右上方的定位固定的檢測(cè)光源1、分光器3左斜上方的觀察接收屏6、分光器3下方以接和面為對(duì)稱的定位固定的右側(cè)光學(xué)樣板4及左側(cè)待測(cè)透鏡5組成，分光器3由兩個(gè)同形狀直角三角形棱鏡其對(duì)應(yīng)的30度直角邊接和而成，且在接和面鍍有一層半透半反膜，擴(kuò)束整形裝置2的光束的中心軸線垂直于右三角形直角棱鏡的斜面，觀察接收屏6平行于左三角形直角棱鏡的斜面，光學(xué)樣板4、待測(cè)透鏡5的光軸分別平行于分光器3的接和面。檢測(cè)凸待測(cè)透鏡5時(shí)則用凸光學(xué)樣板4，檢測(cè)凹檢測(cè)透鏡5時(shí)則用凹光學(xué)樣板4。從檢測(cè)光源1射出的細(xì)光束入射到用于擴(kuò)大該激光光束直徑的擴(kuò)束整形裝置2，由該擴(kuò)束整形裝置2擴(kuò)束到適應(yīng)于檢測(cè)口徑的光束直徑為止，該光束可以是平行光束或發(fā)散光束。當(dāng)光束以垂直于分光器3的斜面入射，在接和面分成兩束光束，一束光束經(jīng)過(guò)分光器3的右斜面反射后以平行于接和面的方向射向凸光學(xué)樣板4或凹光學(xué)樣板4的基準(zhǔn)面 4a，經(jīng)反射后沿原路返回，接著經(jīng)過(guò)接和面以垂直于左斜面的方向反射后射向觀察接收屏 6，形成參考波前；另一束光束經(jīng)過(guò)分光器3的左斜面反射后同樣以平行于接和面的方向射向凸待測(cè)透鏡或凹待測(cè)透鏡的待測(cè)面如，經(jīng)反射后沿原路返回，接著經(jīng)過(guò)左斜面及接和面反射后以垂直于左斜面的方向射向觀察接收屏6，形成測(cè)試波前。參考波前與測(cè)試波前匯合后形成干涉，在觀察接收屏6處可以觀察到干涉條紋。如果以其他角度入射的話參考波前與測(cè)試波前匯合將無(wú)法形成最佳干涉。若干個(gè)凸待測(cè)透鏡5安裝在鏡盤(pán)托架7的外凸球缺體上或是若干個(gè)凹待測(cè)透鏡5 安裝在鏡盤(pán)托架7的碗狀體內(nèi)凹球面上，鏡盤(pán)托架7下部為圓錐空腔軸套；另設(shè)置有五維平轉(zhuǎn)工作臺(tái)，工作臺(tái)結(jié)構(gòu)為三維工作臺(tái)12頂面上固定一個(gè)萬(wàn)向桿11，萬(wàn)向桿11頂部為一個(gè)大于半球形的球臺(tái)，球臺(tái)上部套合有萬(wàn)向節(jié)上座8，萬(wàn)向節(jié)上座8下部中央為半球狀空腔凹槽，另設(shè)置有兩個(gè)對(duì)稱的萬(wàn)向節(jié)下座9，兩個(gè)萬(wàn)向節(jié)下座9合體后上部呈球臺(tái)狀空腔，球臺(tái)狀空腔下部為圓孔，萬(wàn)向節(jié)上座8與萬(wàn)向節(jié)下座9將萬(wàn)向桿11球臺(tái)套合包裹其中后，四螺桿10穿過(guò)萬(wàn)向節(jié)下座9的通孔后擰合在萬(wàn)向節(jié)上座8的螺紋孔中實(shí)施定位；鏡盤(pán)托架7下部圓錐空腔套合在萬(wàn)向節(jié)上座8上部對(duì)應(yīng)的圓錐外圓上。上述三維工作臺(tái)12為中國(guó)專利號(hào)97231037. 1的現(xiàn)有技術(shù)，由于萬(wàn)向節(jié)上下座與萬(wàn)向桿11的套合為過(guò)渡配合，兩者之間有阻尼力作用，所以在調(diào)節(jié)過(guò)程中間鏡盤(pán)托架7可以實(shí)施定位阻尼轉(zhuǎn)動(dòng)及偏擺，五維平轉(zhuǎn)工作臺(tái)可作五維調(diào)節(jié)。將鏡盤(pán)托架7上的一個(gè)待測(cè)透鏡5通過(guò)五維平轉(zhuǎn)工作臺(tái)調(diào)節(jié)使其光軸與入射到該待測(cè)透鏡5的光束的中心軸線重合，并在中心軸線方向上下移動(dòng)使兩束光束的光程大致相等，在觀察接收屏6上可以觀察到干涉條紋，而且參考波前和測(cè)試波前在前后很大范圍內(nèi)重疊在一起，因此可在很大的深度范圍內(nèi)觀察到清晰的干涉條紋。觀察接收屏6沿光學(xué)樣板4的光軸中心線方向可以前后移動(dòng)，以便得到合適的干涉圖樣，對(duì)干涉圖樣進(jìn)行分析計(jì)算就可以得到待測(cè)透鏡的待測(cè)面如的面形偏差。還可以通過(guò)在光學(xué)樣板4上裝有壓電陶瓷移相器，驅(qū)動(dòng)光學(xué)樣板4使其產(chǎn)生幾分之一波長(zhǎng)量級(jí)的光程變化，使干涉場(chǎng)產(chǎn)生變化的干涉圖樣，通過(guò)對(duì)干涉圖樣的處理，自動(dòng)消除干涉場(chǎng)中的固定噪聲和面陣探測(cè)器的不一致性。光束從空氣到光學(xué)材料或是從光學(xué)材料到空氣，當(dāng)光束為正入射時(shí)，光強(qiáng)反射率最低；光束從光學(xué)材料入射到空氣時(shí)，當(dāng)入射角大于或等于全反射臨界角i。= arcsind/ η)，產(chǎn)生全反射。常用晶體及光學(xué)玻璃折射率從1. 458(熔凝石英)到1. 755(重火石玻璃)， 由此計(jì)算得到全反射臨界角i。從34. 7°到43. 3°。光學(xué)材料的折射率越高，因反射而損失的光線就越多，折射率越大，全反射臨界角越小。如圖3所示，由圖中的幾何關(guān)系可以得知，要實(shí)現(xiàn)光束從三棱鏡的斜面正入射并且從底面正出射，必須滿足條件β = 2ka (k = 1，2，3，· · ·)yn = 2ηα (η = 1,2, . . . , k)α +β = 90°[0030]式中α為三棱鏡的頂角，β為三棱鏡的底角，Y為光束在三棱鏡斜面的反射角， k為光束在三棱鏡斜面反射的總次數(shù)，η為光束在在三棱鏡斜面反射的次數(shù)。由以上各式可以得知k = 1 時(shí)，α = 30°，γ 1 = 60° ；k = 2 時(shí)，α =18°，γ 1 = 36°，γ 2 = 72° ；k = 3時(shí)，α 13°，γ 1 = 26° <34. V，不滿足全反射條件。又因?yàn)樵撊忡R接和而成的分光器呈完全對(duì)稱結(jié)構(gòu)，分別在與從三棱鏡的底面出射的光束的中心軸線垂直的位置放置平面反射鏡，且兩個(gè)平面反射鏡距離三棱鏡的底面大致相等的話，光束在三棱鏡的斜面反射k = 2次時(shí)，光束將會(huì)斜面重合2次，即接收屏13上會(huì)有2套干涉條紋疊加在一起，降低條紋的對(duì)比度。根據(jù)以上分析，本實(shí)用新型的分光器選用兩個(gè)同形狀直角三角形棱鏡時(shí)最佳方案是選用一銳角為30度的兩個(gè)直角三角形棱鏡接和而成，且在接和面鍍有一層半透半反膜。
權(quán)利要求1.一種檢測(cè)透鏡面形偏差30度分光器檢測(cè)裝置，其特征在于由定位固定的30度分光器(3)、分光器C3)右斜上方設(shè)置的定位固定的擴(kuò)束整形裝置O)、擴(kuò)束整形裝置(2)右斜上方的定位固定的檢測(cè)光源(1)、分光器C3)左上方的觀察接收屏(6)、分光器C3)下方以接和面為對(duì)稱的定位固定的右側(cè)光學(xué)樣板(4)及左側(cè)待測(cè)透鏡( 組成，分光器(3)由兩個(gè)同形狀直角三角形棱鏡其對(duì)應(yīng)的30度直角邊接和而成，且在接和面鍍有一層半透半反膜，擴(kuò)束整形裝置O)的光束的中心軸線垂直于右直角三角形棱鏡的斜面，觀察接收屏 (6)平行于左直角三角形棱鏡的斜面，光學(xué)樣板G)、待測(cè)透鏡(5)的光軸分別平行于分光器⑶的接和面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種檢測(cè)透鏡面形偏差30度分光器檢測(cè)裝置，其特征在于 若干個(gè)凸待測(cè)透鏡( 安裝在鏡盤(pán)托架(7)的外凸球缺體上或是若干個(gè)凹待測(cè)透鏡(5)安裝在鏡盤(pán)托架(7)的碗狀體內(nèi)凹球面上，鏡盤(pán)托架(7)下部為圓錐空腔軸套；另設(shè)置有五維平轉(zhuǎn)工作臺(tái)，工作臺(tái)結(jié)構(gòu)為三維工作臺(tái)(12)頂面上固定一個(gè)萬(wàn)向桿(11)，萬(wàn)向桿(11)頂部為一個(gè)大于半球形的球臺(tái)，球臺(tái)上部套合有萬(wàn)向節(jié)上座(8)，萬(wàn)向節(jié)上座(8)下部中央為半球狀空腔凹槽，另設(shè)置有兩個(gè)對(duì)稱的萬(wàn)向節(jié)下座(9)，兩個(gè)萬(wàn)向節(jié)下座(9)合體后上部呈球臺(tái)狀空腔，球臺(tái)狀空腔下部為圓孔，萬(wàn)向節(jié)上座⑶與萬(wàn)向節(jié)下座(9)將萬(wàn)向桿(11)球臺(tái)套合包裹其中后，四螺桿(10)穿過(guò)萬(wàn)向節(jié)下座(9)的通孔后擰合在萬(wàn)向節(jié)上座⑶的螺紋孔中實(shí)施定位；鏡盤(pán)托架(7)下部圓錐空腔套合在萬(wàn)向節(jié)上座(8)上部對(duì)應(yīng)的圓錐外圓上。
專利摘要一種檢測(cè)透鏡面形偏差用30度分光器檢測(cè)裝置，涉及小型球面干涉儀。裝置由定位固定的30度分光器、分光器右斜上方設(shè)置的定位固定的擴(kuò)束整形裝置、擴(kuò)束整形裝置右斜上方的定位固定的檢測(cè)光源、分光器左上方的觀察接收屏、分光器下方以接合面為對(duì)稱的定位固定的右側(cè)光學(xué)樣板及左側(cè)待測(cè)透鏡組成，分光器由兩個(gè)同形狀直角三角形棱鏡其對(duì)應(yīng)的30度直角邊接合而成，且在接合面鍍有一層半透半反膜，擴(kuò)束整形裝置的光束的中心軸線垂直于右直角三角形棱鏡的斜面，觀察接收屏平行于左直角三角形棱鏡的斜面，光學(xué)樣板、待測(cè)透鏡的光軸分別平行于分光器的接合面。以光學(xué)樣板代替昂貴的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭產(chǎn)生干涉的參考波前。不用長(zhǎng)導(dǎo)軌，使儀器小型化。
文檔編號(hào)G02B27/10GK201974286SQ20102061425
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月19日
發(fā)明者卓金寨, 林健, 林峰, 梁秀玲, 王敏, 韓振華 申請(qǐng)人:福建師范大學(xué)