楔形透鏡的檢測(cè)及校正方法
【專利摘要】一種楔形透鏡的檢測(cè)及校正方法，該方法采用4D動(dòng)態(tài)干涉儀、補(bǔ)償鏡組、標(biāo)準(zhǔn)楔塊、自準(zhǔn)直平行光管、標(biāo)準(zhǔn)反射鏡和球面鏡頭對(duì)待測(cè)楔形透鏡進(jìn)行檢測(cè)和校正。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于楔形透鏡的加工過(guò)程中的透過(guò)波面和角度的檢測(cè)，以及對(duì)楔形透鏡姿態(tài)偏差容許量的檢測(cè)，特別是針對(duì)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(cè)和應(yīng)用，達(dá)到精確度高、測(cè)量誤差小的要求，并能在應(yīng)用中對(duì)誤差進(jìn)行補(bǔ)償。
【專利說(shuō)明】楔形透鏡的檢測(cè)及校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)元件，特別是一種楔形透鏡的檢測(cè)及校正方法。該方法可廣泛應(yīng)用于楔形透鏡的加工過(guò)程中的透過(guò)波面和角度的檢測(cè)，以及對(duì)楔形透鏡姿態(tài)偏差容許量的檢測(cè)，特別是針對(duì)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(cè)和應(yīng)用，達(dá)到精確度高、測(cè)量誤差小的要求，并能在應(yīng)用中對(duì)誤差進(jìn)行補(bǔ)償。
【背景技術(shù)】
[0002]楔形透鏡是平凸透鏡和直角棱鏡的組合。關(guān)于楔形透鏡的檢測(cè)，最重要的兩個(gè)檢測(cè)指標(biāo)是楔角差和塔差。實(shí)際加工的楔形透鏡楔角度數(shù)與理論設(shè)計(jì)的楔角度數(shù)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(kāi)后都應(yīng)該是相互平行的，如果有不平行出現(xiàn)即為楔形透鏡的塔差。由于楔形透鏡的一面為球面/非球面，另一面為平面，球面/非球面上任何一點(diǎn)都可與對(duì)應(yīng)的球心形成一條光軸，因此不同的光軸會(huì)產(chǎn)生效果不同的透過(guò)波面，需要通過(guò)檢測(cè)手段來(lái)得到較好的透過(guò)波面，并加以應(yīng)用。在楔形透鏡的加工過(guò)程中，對(duì)楔角差和塔差的檢測(cè)精度要求遠(yuǎn)高于在光路調(diào)試安裝過(guò)程中的精度要求。
[0003]目前，對(duì)楔形透鏡常用的檢測(cè)方法是使用三坐標(biāo)儀或經(jīng)緯儀。三坐標(biāo)儀是通過(guò)測(cè)量透鏡表面多點(diǎn)的坐標(biāo)，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)軟件擬合坐標(biāo)點(diǎn)得出楔形透鏡的楔角差和塔差，此方法由于測(cè)量點(diǎn)是在透鏡的曲面上，測(cè)量誤差較大，無(wú)法滿足加工過(guò)程中高精度楔形透鏡的檢測(cè)要求。使用經(jīng)緯儀檢測(cè)時(shí)是將經(jīng)緯儀放置在檢測(cè)光路中，測(cè)得光路中標(biāo)準(zhǔn)反射鏡和楔形透鏡斜面的夾角，此方法雖然測(cè)量精度好于三坐標(biāo)儀，但無(wú)法分別測(cè)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(duì)于高精度楔形透鏡測(cè)量，會(huì)造成一定的測(cè)量誤差(包括塔差和楔角差)，給加工帶來(lái)很大的困難。
[0004]在工程應(yīng)用中，楔形透鏡由于其特殊的形狀，因其位置角度偏差帶來(lái)的誤差對(duì)焦斑大小的影響非常大。目前所用的定軸定位方式無(wú)法得到楔形透鏡姿態(tài)偏差容許量，不能很好的解決楔形透鏡在工程中調(diào)整定軸問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是要提供一種楔形透鏡的檢測(cè)及校正方法，該方法能對(duì)楔形透鏡的楔角差和塔差進(jìn)行精確測(cè)量，并當(dāng)誤差在允許范圍內(nèi)時(shí)，可通過(guò)調(diào)整楔形透鏡的角度校正透過(guò)波面。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0007]一種楔形透鏡的檢測(cè)及校正方法，其特點(diǎn)在于該方法包括下列步驟:
[0008]①在水平的工作臺(tái)面上放置4D動(dòng)態(tài)干涉儀，將標(biāo)準(zhǔn)角為Θ的標(biāo)準(zhǔn)楔塊和待測(cè)楔形透鏡的斜平面貼合置于4D動(dòng)態(tài)干涉儀的后方，且三者同軸，自準(zhǔn)直平行光管放置在垂直于待測(cè)楔形透鏡斜平面的后方，且偏離待測(cè)楔形透鏡的中心，建立基準(zhǔn)光路；
[0009]②調(diào)整4D動(dòng)態(tài)干涉儀，使4D動(dòng)態(tài)干涉儀輸出的光束平行于所述的工作臺(tái)面；
[0010]③同時(shí)調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)楔塊和待測(cè)楔形透鏡，使其球面頂點(diǎn)的切線和標(biāo)準(zhǔn)楔塊的直角面垂直于光路，且其底面均與工作臺(tái)面平行；
[0011]④調(diào)整自準(zhǔn)直平行光管，使自準(zhǔn)直平行光管的光軸垂直于待測(cè)楔形透鏡的斜平面，所述的自準(zhǔn)直平行光管輸出的光束與所述的4D動(dòng)態(tài)干涉儀輸出的光束的夾角為Θ ；
[0012]⑤在4D動(dòng)態(tài)干涉儀和待測(cè)楔形透鏡之間插入補(bǔ)償鏡組，在標(biāo)準(zhǔn)楔塊和待測(cè)楔形透鏡的光路后方放置垂直于光路的標(biāo)準(zhǔn)反射鏡，建立調(diào)試光路；
[0013]⑥將4D動(dòng)態(tài)干涉儀設(shè)置為測(cè)試狀態(tài)，配上與待測(cè)楔形透鏡的焦距與通光口徑的比值相匹配的球面鏡頭，精調(diào)標(biāo)準(zhǔn)反射鏡的二維角度以及微調(diào)補(bǔ)償鏡組和待測(cè)楔形透鏡的距離，使干涉圖像置零場(chǎng)位置(零場(chǎng)位置指干涉條紋數(shù)最少的位置)；
[0014]⑦將補(bǔ)償鏡組移出光路，取走4D動(dòng)態(tài)干涉儀上的球面鏡頭，重復(fù)第③-⑤步；
[0015]⑧取走標(biāo)準(zhǔn)楔塊，將4D動(dòng)態(tài)干涉儀設(shè)置為測(cè)試狀態(tài)，配上與待測(cè)楔形透鏡的焦距與通光口徑的比值相匹配的球面鏡頭，精調(diào)標(biāo)準(zhǔn)反射鏡的二維角度，使干涉圖像置零場(chǎng)位置(零場(chǎng)位置指干涉條紋數(shù)最少的位置)，波前檢測(cè)光路調(diào)試完成；
[0016]⑨微調(diào)待測(cè)楔形透鏡的俯仰角和方位角，得到接近或達(dá)到加工要求的透過(guò)波面，同時(shí)由自準(zhǔn)直平行光管測(cè)得待測(cè)楔形透鏡的斜平面不垂直于自準(zhǔn)直平行光管的俯仰和方位的偏差角，即為待測(cè)楔形透鏡的塔差和楔角差；
[0017]⑩在已經(jīng)得到接近或達(dá)到加工要求的透過(guò)波面的基礎(chǔ)上，微調(diào)待測(cè)楔形透鏡的俯仰角和方位角，使透過(guò)波面的變化在光學(xué)設(shè)計(jì)認(rèn)可的一定范圍內(nèi)測(cè)得的俯仰角和方位角的范圍，即為楔形透鏡姿態(tài)偏差容許量。
[0018]本發(fā)明的技術(shù)效果:
[0019]本發(fā)明檢測(cè)方法簡(jiǎn)單有效，可靠性高，測(cè)量精度小于5"，在測(cè)得楔形透鏡的透過(guò)波面、楔角差和塔差的同時(shí)，還能得到楔形透鏡姿態(tài)偏差容許量。解決了楔形透鏡在加工和工程中調(diào)整定軸的問(wèn)題。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明基準(zhǔn)光路圖
[0021]圖2是本發(fā)明調(diào)試光路圖
[0022]圖3是本發(fā)明波前檢測(cè)光路圖
[0023]圖中:1 — 4D動(dòng)態(tài)干涉儀；2 —補(bǔ)償鏡組；3 —標(biāo)準(zhǔn)楔塊；4 一待測(cè)楔形透鏡；5 —
自準(zhǔn)直平行光管；6 —標(biāo)準(zhǔn)反射鏡；7 —球面鏡頭。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0025]先請(qǐng)參閱圖1，本實(shí)施例中，待測(cè)楔形透鏡4外形為370mmX370mm的方形，焦距為2200mm，通光口徑為340mmX340mm，材料為石英，材料折射率為1.45711，楔角理論值為11° 13'，所選擇的標(biāo)準(zhǔn)楔塊3的尺寸為70mmX70mm，精度小于2"，自準(zhǔn)直平行光管5的精度為0.1"，標(biāo)準(zhǔn)平面反射鏡6的面型精度的PV=0.1 λ。
[0026]本發(fā)明楔形透鏡的檢測(cè)及校正方法，其特征在于該方法包括下列步驟:
[0027]①在水平的工作臺(tái)面上放置4D動(dòng)態(tài)干涉儀1，將標(biāo)準(zhǔn)角為Θ=11° 13'的標(biāo)準(zhǔn)楔塊3和待測(cè)楔形透鏡4的斜平面貼合置于4D動(dòng)態(tài)干涉儀I的后方，且三者同軸，自準(zhǔn)直平行光管5放置在垂直于待測(cè)楔形透鏡4斜平面的后方，且偏離待測(cè)楔形透鏡4的中心，建立基準(zhǔn)光路，如圖1所不；
[0028]②調(diào)整4D動(dòng)態(tài)干涉儀1，設(shè)置直徑為2_的細(xì)光束輸出，使其光路與工作臺(tái)面平行；
[0029]③同時(shí)調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)楔塊3和待測(cè)楔形透鏡4，使其球面頂點(diǎn)的切線和標(biāo)準(zhǔn)楔塊3的直角面垂直于光路，且所述的標(biāo)準(zhǔn)楔塊3的底面和待測(cè)楔形透鏡4的底面均與工作臺(tái)面平行；
[0030]④調(diào)整自準(zhǔn)直平行光管5，使自準(zhǔn)直平行光管5的光軸垂直于待測(cè)楔形透鏡4的斜平面，并得到4D動(dòng)態(tài)干涉儀I和自準(zhǔn)直平行光管5的相對(duì)位置，自準(zhǔn)直平行光管5輸出的光線與所述的4D動(dòng)態(tài)干涉儀I輸出的光線的夾角為θ=11° 13'；
[0031 ] ⑤在4D動(dòng)態(tài)干涉儀I和待測(cè)楔形透鏡4中間插入補(bǔ)償鏡組2，在標(biāo)準(zhǔn)楔塊3和待測(cè)楔形透鏡4的光路后方放置垂直于光路的標(biāo)準(zhǔn)反射鏡6，建立調(diào)試光路，參見(jiàn)圖2 ；
[0032]⑥將4D動(dòng)態(tài)干涉儀I設(shè)置為測(cè)試狀態(tài)，配上與待測(cè)楔形透鏡4的焦距與通光口徑的比值相匹配的球面鏡頭7，此實(shí)例中選用球面鏡頭參數(shù)為F5，精調(diào)標(biāo)準(zhǔn)反射鏡6的二維角度以及微調(diào)補(bǔ)償鏡組2和待測(cè)楔形透鏡4的距離，使4D動(dòng)態(tài)干涉儀上的干涉圖像置零場(chǎng)位置，所述的零場(chǎng)位置指干涉條紋數(shù)最少的位置；
[0033]⑦將補(bǔ)償鏡組2移出光路，取走4D動(dòng)態(tài)干涉儀I上的球面鏡頭7，重復(fù)第步驟
③-⑤步；
[0034]⑧取走標(biāo)準(zhǔn)楔塊3，將4D動(dòng)態(tài)干涉儀I設(shè)置為測(cè)試狀態(tài)，配上參數(shù)為F5的球面鏡頭7，精調(diào)標(biāo)準(zhǔn)反射鏡6的二維角度，使干涉圖像置零場(chǎng)位置，零場(chǎng)位置指干涉條紋數(shù)最少的位置，波前檢測(cè)光路調(diào)試完成，見(jiàn)圖3 ；
[0035]⑨微調(diào)待測(cè)楔形透鏡4的俯仰角和方位角，得到接近或達(dá)到加工要求的透過(guò)波面，同時(shí)由自準(zhǔn)直平行光管5測(cè)得待測(cè)楔形透鏡4的斜平面不垂直于自準(zhǔn)直平行光管5的俯仰和方位的偏差角，分別為28"和15"，即為待測(cè)楔形透鏡4的塔差和楔角差；
[0036]⑩在已經(jīng)得到接近或達(dá)到加工要求的透過(guò)波面的基礎(chǔ)上，微調(diào)待測(cè)楔形透鏡4的俯仰角和方位角，使透過(guò)波面的變化在光學(xué)設(shè)計(jì)認(rèn)可的一定范圍內(nèi)測(cè)得的俯仰角和方位角的范圍，即為楔形透鏡姿態(tài)偏差容許量。
[0037]本實(shí)例中，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要，在已測(cè)得的塔差28"和楔角差15"的基礎(chǔ)上，楔形透鏡姿態(tài)偏差容許量為±36"。
【權(quán)利要求】
1.一種楔形透鏡的檢測(cè)及校正方法，其特征在于該方法包括下列步驟: ①在水平的工作臺(tái)面上放置4D動(dòng)態(tài)干涉儀(1)，將標(biāo)準(zhǔn)角為Θ的標(biāo)準(zhǔn)楔塊(3)和待測(cè)楔形透鏡(4)的斜平面貼合置于4D動(dòng)態(tài)干涉儀(I)的后方，且三者同軸，自準(zhǔn)直平行光管(5)放置在垂直于待測(cè)楔形透鏡(4)斜平面的后方，且偏離待測(cè)楔形透鏡(4)的中心，建立基準(zhǔn)光路； ②調(diào)整所述的4D動(dòng)態(tài)干涉儀(I)，使4D動(dòng)態(tài)干涉儀(I)的輸出光束平行于所述的工作臺(tái)面； ③調(diào)整所述的標(biāo)準(zhǔn)楔塊(3)和待測(cè)楔形透鏡(4)，使待測(cè)楔形透鏡(4)的球面頂點(diǎn)的切線和標(biāo)準(zhǔn)楔塊(3)的直角面垂直于所述的4D動(dòng)態(tài)干涉儀(I)的輸出光束，且所述的標(biāo)準(zhǔn)楔塊(3)的底面和待測(cè)楔形透鏡(4)的底面均與所述的工作臺(tái)面平行； ④調(diào)整所述的自準(zhǔn)直平行光管(5)，使自準(zhǔn)直平行光管(5)的輸出光束垂直于所述的待測(cè)楔形透鏡(4)的斜平面，所述的自準(zhǔn)直平行光管(5)輸出的光束與所述的4D動(dòng)態(tài)干涉儀(I)輸出的光束的夾角為Θ ; ⑤在所述的4D動(dòng)態(tài)干涉儀(I)和待測(cè)楔形透鏡(4)之間插入補(bǔ)償鏡組(2)，在標(biāo)準(zhǔn)楔塊(3)和待測(cè)楔形透鏡(4)的光路后方放置垂直于光路的標(biāo)準(zhǔn)平面反射鏡(6)，建立調(diào)試光路； ⑥將所述的4D動(dòng)態(tài)干涉儀(I)設(shè)置為測(cè)試狀態(tài)，配上與待測(cè)楔形透鏡(4)的焦距與通光口徑的比值相匹配的球面鏡頭(7)，精調(diào)所述的標(biāo)準(zhǔn)反射鏡(6)的二維角度，微調(diào)所述的補(bǔ)償鏡組(2)和待測(cè)楔形透鏡(4)的距離，使干涉圖像的干涉條紋數(shù)最少，即置零場(chǎng)位置； ⑦將所述的補(bǔ)償鏡組(2)移出光路，取走4D動(dòng)態(tài)干涉儀(I)上的球面鏡頭(7)，重復(fù)步驟③?⑤； ⑧取走所述的標(biāo)準(zhǔn)楔塊(3)，將4D動(dòng)態(tài)干涉儀(I)設(shè)置為測(cè)試狀態(tài)，配上與待測(cè)楔形透鏡(4)的焦距與通光口徑的比值相匹配的球面鏡頭(7)，精調(diào)標(biāo)準(zhǔn)反射鏡(6)的二維角度，使干涉圖像置零場(chǎng)位置，波前檢測(cè)光路調(diào)試完成； ⑨微調(diào)待測(cè)楔形透鏡(4)的俯仰角和方位角，得到接近或達(dá)到加工要求的透過(guò)波面，同時(shí)由自準(zhǔn)直平行光管(5)測(cè)得待測(cè)楔形透鏡(4)的斜平面不垂直于自準(zhǔn)直平行光管(5)的俯仰和方位的偏差角，即為待測(cè)楔形透鏡(4)的塔差和楔角差； ⑩在已經(jīng)得到接近或達(dá)到加工要求的透過(guò)波面的基礎(chǔ)上，微調(diào)待測(cè)楔形透鏡(4)的俯仰角和方位角，使透過(guò)波面的變化在光學(xué)設(shè)計(jì)認(rèn)可的一定范圍內(nèi)測(cè)得的俯仰角和方位角的范圍，即為楔形透鏡姿態(tài)偏差容許量。
【文檔編號(hào)】G01B11/26GK103630073SQ201310554406
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月11日
【發(fā)明者】邵平, 夏蘭, 居玲潔, 趙東峰, 沈衛(wèi)星, 王利, 馬曉君 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所