一種非接觸光學(xué)元件中心厚度測(cè)量裝置及測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種非接觸光學(xué)元件中心厚度測(cè)量裝置及測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在光學(xué)測(cè)量領(lǐng)域中，光學(xué)元件的三項(xiàng)基本參數(shù)是中心厚度、折射率和曲率半徑。其中光學(xué)元件中心厚度加工的誤差是影響光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量的重要因素，而其加工是否滿(mǎn)足精度要求，則需要高精度的儀器對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，尤其對(duì)具有高質(zhì)量要求的光學(xué)鏡頭來(lái)說(shuō)，其中心厚度有更精確的要求，從而需要更精確的測(cè)定。
[0003]目前，光學(xué)元件中心厚度測(cè)量方法可分為接觸式和非接觸式兩大類(lèi)。接觸式測(cè)量方法有兩個(gè)缺點(diǎn):一是容易劃傷光學(xué)元件，破壞表面光潔度；二是測(cè)頭與光學(xué)元件頻繁接觸，會(huì)因測(cè)頭磨損而影響測(cè)量精度。非接觸式測(cè)量方法有共面電容法、圖像法、共焦法和干涉法等。采用共面電容法測(cè)量前需要根據(jù)被測(cè)透鏡的材料對(duì)共面電容測(cè)頭進(jìn)行精確測(cè)試，以取得可靠的數(shù)據(jù)作為檢測(cè)依據(jù)，測(cè)量過(guò)程較為復(fù)雜；圖像法由于受攝像機(jī)成像系統(tǒng)、CCD分辨力、圖像清晰程度和標(biāo)定系數(shù)精確度等的影響，測(cè)量誤差較大;共焦法主要是利用被測(cè)透鏡上下表面反射回來(lái)的光譜信息計(jì)算透鏡的厚度，實(shí)際中很難準(zhǔn)確獲得被測(cè)透鏡在不同波長(zhǎng)處的折射率，一般在測(cè)定被測(cè)透鏡某幾個(gè)特定波長(zhǎng)折射率的基礎(chǔ)上通過(guò)插值計(jì)算獲得測(cè)量所用光譜的折射率，測(cè)量誤差較大?，F(xiàn)有干涉法理論上具有更高的測(cè)量精度，但實(shí)際測(cè)量時(shí)需要精確知道被測(cè)透鏡材料的折射率，難以提高其測(cè)量精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有光學(xué)元件中心厚度測(cè)量方法存在的誤差大、測(cè)量過(guò)程復(fù)雜的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種非接觸光學(xué)元件中心厚度測(cè)量裝置及測(cè)量方法。
[0005]本發(fā)明為解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下:
[0006]本發(fā)明的一種非接觸光學(xué)元件中心厚度測(cè)量裝置，包括:平面鏡調(diào)整臺(tái)、安裝在平面鏡調(diào)整臺(tái)上的上光學(xué)平板、光學(xué)元件調(diào)整臺(tái)、安裝在光學(xué)元件調(diào)整臺(tái)上的被測(cè)光學(xué)元件、下光學(xué)平板、鏡面定位儀；
[0007]通過(guò)調(diào)整平面鏡調(diào)整臺(tái)和光學(xué)元件調(diào)整臺(tái)使上光學(xué)平板、被測(cè)光學(xué)元件和下光學(xué)平板相互平行；
[0008]通過(guò)鏡面定位儀測(cè)量上光學(xué)平板下表面與下光學(xué)平板上表面之間的距離dl、上光學(xué)平板下表面與被測(cè)光學(xué)元件上表面中心的距離d2以及下光學(xué)平板上表面與被測(cè)光學(xué)元件下表面中心的距離d3。
[0009]進(jìn)一步的，所述被測(cè)光學(xué)元件為平面、球面或非球面。
[0010]進(jìn)一步的，所述上光學(xué)平板和下光學(xué)平板均采用透明材料制成。
[0011]進(jìn)一步的，所述透明材料為融石英、K9或微晶。
[0012]進(jìn)一步的，所述鏡面定位儀發(fā)出的光經(jīng)過(guò)上光學(xué)平板、被測(cè)光學(xué)元件和下光學(xué)平板時(shí)分別能夠被上光學(xué)平板、被測(cè)光學(xué)元件和上光學(xué)平板反射回鏡面定位儀。
[0013]進(jìn)一步的，所述被測(cè)光學(xué)元件的中心厚度dS卩為d = dl-d2-d3。
[0014]本發(fā)明還提供了一種非接觸光學(xué)元件中心厚度測(cè)量方法，包括以下步驟:
[0015]步驟一、安裝上光學(xué)平板和下光學(xué)平板，上光學(xué)平板安裝在平面鏡調(diào)整臺(tái)上，調(diào)整上光學(xué)平板和下光學(xué)平板使兩者之間相互平行；
[0016]步驟二、將鏡面定位儀放置于下光學(xué)平板下側(cè)，利用鏡面定位儀測(cè)量上光學(xué)平板下表面與下光學(xué)平板上表面之間的距離dl;
[0017]步驟三、將被測(cè)光學(xué)元件安裝在光學(xué)元件調(diào)整臺(tái)上，將被測(cè)光學(xué)元件連同光學(xué)元件調(diào)整臺(tái)放置在上光學(xué)平板和下光學(xué)平板之間，通過(guò)調(diào)整平面鏡調(diào)整臺(tái)和光學(xué)元件調(diào)整臺(tái)使得上光學(xué)平板、被測(cè)光學(xué)元件和下光學(xué)平板三者之間相互平行，利用鏡面定位儀測(cè)量上光學(xué)平板下表面與被測(cè)光學(xué)元件上表面中心的距離d2以及下光學(xué)平板上表面與被測(cè)光學(xué)元件下表面中心的距離d3;
[0018]步驟四、計(jì)算被測(cè)光學(xué)元件的中心厚度dS卩為d = dl-d2_d3。
[0019]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提出的一種通過(guò)干涉法測(cè)量被測(cè)光學(xué)元件中心厚度的方法原理如下:在被測(cè)光學(xué)元件的上面及下面均放置一塊光學(xué)平板，將兩塊光學(xué)平板與被測(cè)光學(xué)元件調(diào)平行，利用鏡面定位儀測(cè)量上光學(xué)平板下表面與下光學(xué)平板上表面之間的距離dl，然后將需要測(cè)量的光學(xué)元件放置在上光學(xué)平板與下光學(xué)平板之間，測(cè)量上光學(xué)平板下表面與被測(cè)光學(xué)元件上表面中心的距離d2以及下光學(xué)平板上表面與被測(cè)光學(xué)元件下表面中心的距離d3，被測(cè)光學(xué)元件的中心厚度dS卩為d = dl-d2-d3。
[0020]本發(fā)明的非接觸光學(xué)元件中心厚度測(cè)量方法在無(wú)需知道被測(cè)光學(xué)元件材料折射率情況下就可以對(duì)被測(cè)光學(xué)元件中心厚度進(jìn)行非接觸、高精度、快速測(cè)量，具有快速、簡(jiǎn)單、檢測(cè)不確定度高等優(yōu)點(diǎn)，可用于測(cè)量平面、球面以及各種非球面光學(xué)元件的中心厚度。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明的非接觸光學(xué)元件中心厚度測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2為本發(fā)明的非接觸光學(xué)元件中心厚度測(cè)量方法的流程圖。
[0023]圖中:1、上光學(xué)平板，2、平面鏡調(diào)整臺(tái)，3、被測(cè)光學(xué)元件，4、光學(xué)元件調(diào)整臺(tái)，5、下光學(xué)平板，6、鏡面定位儀。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0025]如圖1所示，本發(fā)明的一種非接觸光學(xué)元件中心厚度測(cè)量裝置，主要包括:上光學(xué)平板1、平面鏡調(diào)整臺(tái)2、被測(cè)光學(xué)元件3、光學(xué)元件調(diào)整臺(tái)4、下光學(xué)平板5和鏡面定位儀6。
[0026]上光學(xué)平板I安裝在平面鏡調(diào)整臺(tái)2上，被測(cè)光學(xué)元件3安裝在光學(xué)元件調(diào)整臺(tái)4上。平面鏡調(diào)整臺(tái)2和光學(xué)元件調(diào)整臺(tái)4分別用于調(diào)整上光學(xué)平板I和被測(cè)光學(xué)元件3，使得上光學(xué)平板1、被測(cè)光學(xué)元件3和下光學(xué)平板5三者之間相互平行，并使得鏡面定位儀6發(fā)出的光經(jīng)過(guò)上光學(xué)平板1、被測(cè)光學(xué)元件3和下光學(xué)平板5時(shí)分別能夠被上光學(xué)平板1、被測(cè)光學(xué)元件3和下光學(xué)平板5反射回鏡面定位儀6。
[0027]鏡面定位儀6用于測(cè)量上光學(xué)平板I下表面與下光學(xué)平板5上表面之間的距離dl、上光學(xué)平板I下表面與被測(cè)光學(xué)元件3上表面中心的距離d2以及下光學(xué)平板5上表面與被測(cè)光學(xué)元件3下表面中心的距離d3。被測(cè)光學(xué)元件3的中心厚度d即為d = dl-d2-d3。
[0028]如圖2所示，本發(fā)明的一種非接觸光學(xué)元件中心厚度測(cè)量方法，具體步驟如下:
[0029]步驟一、安裝上光學(xué)平板I和下光學(xué)平板5，上光學(xué)平板I安裝在平面鏡調(diào)整臺(tái)2上，調(diào)整上光學(xué)平板I和下光學(xué)平板5使兩者之間相互平行。
[0030]步驟二、將鏡面定位儀6放置于下光學(xué)平板5下側(cè)，利用鏡面定位儀6測(cè)量上光學(xué)平板I下表面與下光學(xué)平板5上表面之間的距離dl，dl = 160.2092mm。
[0031]步驟三、將被測(cè)光學(xué)元件3安裝在光學(xué)元件調(diào)整臺(tái)4上，將被測(cè)光學(xué)元件3連同光學(xué)元件調(diào)整臺(tái)4放置在上光學(xué)平板I和下光學(xué)平板5之間，通過(guò)調(diào)整平面鏡調(diào)整臺(tái)2和光學(xué)元件調(diào)整臺(tái)4使得上光學(xué)平板1、被測(cè)光學(xué)元件3和下光學(xué)平板5三者之間相互平行，利用鏡面定位儀6測(cè)量上光學(xué)平板I下表面與被測(cè)光學(xué)元件3上表面中心的距離d2以及下光學(xué)平板5上表面與被測(cè)光學(xué)元件3下表面中心的距離d3，d2 = 80.1458mm，d3 = 71.9922mm。
[0032]步驟四、計(jì)算被測(cè)光學(xué)元件3的中心厚度(1即為(1 = (11-(12-(13 = 8.07121111]1。
[0033]本實(shí)施方式中，被測(cè)光學(xué)元件3可以是平面、球面、非球面等各種形狀的光學(xué)元件。
[0034]本實(shí)施方式中，上光學(xué)平板I和下光學(xué)平板5的材料可以選用各種透明材料制成，如融石英、K9、微晶等。
[0035]將被檢光學(xué)元件3送去計(jì)量院進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果為中心厚度=8.0707mm，兩種檢測(cè)方法的檢測(cè)結(jié)果相差0.5um，由此證明本發(fā)明的非接觸光學(xué)元件中心厚度測(cè)量方法具有較高的檢測(cè)精度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種非接觸光學(xué)元件中心厚度測(cè)量裝置，其特征在于，包括:平面鏡調(diào)整臺(tái)(2)、安裝在平面鏡調(diào)整臺(tái)(2)上的上光學(xué)平板(I)、光學(xué)元件調(diào)整臺(tái)(4)、安裝在光學(xué)元件調(diào)整臺(tái)(4)上的被測(cè)光學(xué)元件(3)、下光學(xué)平板(5)、鏡面定位儀(6); 通過(guò)調(diào)整平面鏡調(diào)整臺(tái)(2)和光學(xué)元件調(diào)整臺(tái)(4)使上光學(xué)平板(I)、被測(cè)光學(xué)元件(3)和下光學(xué)平板(5)相互平行； 通過(guò)鏡面定位儀(6)測(cè)量上光學(xué)平板(I)下表面與下光學(xué)平板(5)上表面之間的距離dl、上光學(xué)平板(I)下表面與被測(cè)光學(xué)元件(3)上表面中心的距離d2以及下光學(xué)平板(5)上表面與被測(cè)光學(xué)元件(3)下表面中心的距離d3。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非接觸光學(xué)元件中心厚度測(cè)量裝置，其特征在于，所述被測(cè)光學(xué)元件(3)為平面、球面或非球面。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非接觸光學(xué)元件中心厚度測(cè)量裝置，其特征在于，所述上光學(xué)平板(I)和下光學(xué)平板(5)均采用透明材料制成。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種非接觸光學(xué)元件中心厚度測(cè)量裝置，其特征在于，所述透明材料為融石英、K9或微晶。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非接觸光學(xué)元件中心厚度測(cè)量裝置，其特征在于，所述鏡面定位儀(6)發(fā)出的光經(jīng)過(guò)上光學(xué)平板(1)、被測(cè)光學(xué)元件(3)和下光學(xué)平板(5)時(shí)分別能夠被上光學(xué)平板(I)、被測(cè)光學(xué)元件(3)和下光學(xué)平板(5)反射回鏡面定位儀(6)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非接觸光學(xué)元件中心厚度測(cè)量裝置，其特征在于，所述被測(cè)光學(xué)元件(3)的中心厚度dS卩為d = dl-d2-d3。7.如權(quán)利要求1所述的一種非接觸光學(xué)元件中心厚度測(cè)量裝置的測(cè)量方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一、安裝上光學(xué)平板(I)和下光學(xué)平板(5)，上光學(xué)平板(I)安裝在平面鏡調(diào)整臺(tái)(2)上，調(diào)整上光學(xué)平板(I)和下光學(xué)平板(5)使兩者之間相互平行； 步驟二、將鏡面定位儀(6)放置于下光學(xué)平板(5)下側(cè)，利用鏡面定位儀(6)測(cè)量上光學(xué)平板(I)下表面與下光學(xué)平板(5)上表面之間的距離dl; 步驟三、將被測(cè)光學(xué)元件(3)安裝在光學(xué)元件調(diào)整臺(tái)(4)上，將被測(cè)光學(xué)元件(3)連同光學(xué)元件調(diào)整臺(tái)(4)放置在上光學(xué)平板(I)和下光學(xué)平板(5)之間，通過(guò)調(diào)整平面鏡調(diào)整臺(tái)(2)和光學(xué)元件調(diào)整臺(tái)(4)使得上光學(xué)平板(1)、被測(cè)光學(xué)元件(3)和下光學(xué)平板(5)三者之間相互平行，利用鏡面定位儀(6)測(cè)量上光學(xué)平板(I)下表面與被測(cè)光學(xué)元件(3)上表面中心的距離d2以及下光學(xué)平板(5)上表面與被測(cè)光學(xué)元件(3)下表面中心的距離d3; 步驟四、計(jì)算被測(cè)光學(xué)元件(3)的中心厚度dS卩為d = dl-d2_d3。
【專(zhuān)利摘要】一種非接觸光學(xué)元件中心厚度測(cè)量裝置及測(cè)量方法，涉及光學(xué)測(cè)量領(lǐng)域，解決了現(xiàn)有測(cè)量方法存在的誤差大、測(cè)量過(guò)程復(fù)雜的問(wèn)題。該方法為：在被測(cè)光學(xué)元件上面及下面均放置一塊光學(xué)平板，將兩塊光學(xué)平板與被測(cè)光學(xué)元件調(diào)平行，利用鏡面定位儀測(cè)量上光學(xué)平板下表面與下光學(xué)平板上表面之間的距離d1，然后將需要測(cè)量的光學(xué)元件放置在上光學(xué)平板與下光學(xué)平板之間，測(cè)量上光學(xué)平板下表面與被測(cè)光學(xué)元件上表面中心的距離d2以及下光學(xué)平板上表面與被測(cè)光學(xué)元件下表面中心的距離d3，被測(cè)光學(xué)元件的中心厚度d即為d＝d1-d2-d3。本發(fā)明可在無(wú)需知道被測(cè)光學(xué)元件材料折射率情況下就能對(duì)被測(cè)光學(xué)元件中心厚度進(jìn)行非接觸測(cè)量，具有快速、簡(jiǎn)單、精度高等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類(lèi)】G01B11/06
【公開(kāi)號(hào)】CN105571499
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510962259
【發(fā)明人】劉鈺, 苗亮, 張文龍, 馬冬梅, 金春水
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
【公開(kāi)日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2015年12月21日