一種非接觸式檢測曲面棱鏡的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種非接觸式檢測曲面棱鏡的方法及裝置，首先將單色平面光射入到待測曲面棱鏡后，形成球面波與平面波的疊加；再通過平面棱鏡調(diào)整波面的傳播方向，并通過校正鏡組校正所述待測曲面棱鏡成像引入的像差；由圖像接收器件接收校正處理后的圖像，所述圖像接收器件接收到的是衍射造成的點擴(kuò)散圖樣；根據(jù)所述圖像接收器件接收到的圖像判別所述待測曲面棱鏡是否達(dá)到精度要求。該檢測方法采用非接觸測量，不損傷元件加工面，通過圖像即可判定加工是否合格，可作為在線快速、批量檢測Fery棱鏡的有效手段。
【專利說明】一種非接觸式檢測曲面棱鏡的方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)測量【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種非接觸式檢測曲面棱鏡的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，從復(fù)色光中分出單色光的手段主要有棱鏡色散、光柵衍射、干涉濾光片等方法，而棱鏡色散的方法由于其原理簡潔、性能穩(wěn)定、加工成熟等優(yōu)點，在各類光譜儀器，例如光譜儀、分光儀、分光光度計等均獲得了廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的色散棱鏡，其前后表面均是平面，如圖1所示為傳統(tǒng)色散棱鏡的光路示意圖，所需要精確測量的參數(shù)主要有面形精度和棱角頂角，面形精度可以用Zyg0干涉儀測量，而決定色散率的棱鏡頂角，
[0003]可以用自準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡的反射像法、標(biāo)準(zhǔn)角塊貼置法和厚薄尺寸測量法等方法來進(jìn)行測定。
[0004]C.Fery在1910年提出Fery棱鏡,稱之為含有曲面的棱鏡(a prism with curvedfaces), Fery棱鏡(即曲面棱鏡)同時具有棱鏡的色散功能和透鏡的成像功能,是一種特殊的光學(xué)元件，如圖2所示為現(xiàn)有技術(shù)中Fery棱鏡的工作光路示意圖，該曲面棱鏡需要精確測量的參數(shù)包括有前后表面的曲率半徑、前后表面光軸偏角(色散角)和中心厚度等。
[0005]而由于曲面棱鏡的色散角與中心厚度均具有特殊性，不能采用測定傳統(tǒng)平面棱鏡頂角的方法來測量，也不能采用測定透鏡中心厚度的方法來測量，現(xiàn)有技術(shù)中缺乏對曲面棱鏡進(jìn)行檢測的有效手段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種非接觸式檢測曲面棱鏡的方法及裝置，該檢測方法采用非接觸測量，不損傷元件加工面，通過圖像即可判定加工是否合格，可作為在線快速、批量檢測Fery棱鏡的有效手段。
[0007]一種非接觸式檢測曲面棱鏡的方法，所述方法包括:
[0008]將單色平面光射入到待測曲面棱鏡后，形成球面波與平面波的疊加；
[0009]再通過平面棱鏡調(diào)整波面的傳播方向，并通過校正鏡組校正所述待測曲面棱鏡成像引入的像差；
[0010]由圖像接收器件接收校正處理后的圖像，所述圖像接收器件接收到的是衍射造成的點擴(kuò)散圖樣；
[0011]根據(jù)所述圖像接收器件接收到的圖像判別所述待測曲面棱鏡是否達(dá)到精度要求。
[0012]所述待測曲面棱鏡的前后通光面都是球面，所采用的材料為光學(xué)玻璃、晶體材料或光學(xué)塑料，其折射率η的取值范圍為:1〈η〈2。
[0013]所述根據(jù)所述圖像接收器件接收到的圖像判別所述待測曲面棱鏡是否達(dá)到精度要求，具體包括:
[0014]將所述圖像接收器件接收到圖像的數(shù)字影像灰度值曲線與計算機(jī)系統(tǒng)仿真的衍射圖像進(jìn)行對比，若兩者的半高寬之差在半個像元以內(nèi)，則判斷所述待測曲面棱鏡達(dá)到精度要求。
[0015]一種非接觸式檢測曲面棱鏡的裝置，所述裝置包括單色光源、平面棱鏡、校正鏡組和圖像接收器件，其中:
[0016]所述單色光源發(fā)出單色平面光，并射入到待測曲面棱鏡，形成球面波與平面波的置加；
[0017]再通過所述平面棱鏡調(diào)整波面的傳播方向，并通過所述校正鏡組校正所述待測曲面棱鏡成像引入的像差；
[0018]由所述圖像接收器件接收校正處理后的圖像，所述圖像接收器件接收到的是衍射造成的點擴(kuò)散圖樣，并根據(jù)所述圖像接收器件接收到的圖像判別所述待測曲面棱鏡是否達(dá)到精度要求。
[0019]所述單色光源為平行光管或Zygo干涉儀的輸出端，且口徑覆蓋所述待測曲面棱鏡的有效口徑。
[0020]所述圖像接收器件為光電探測器或讀數(shù)顯微鏡。
[0021]所述平面棱鏡為傳統(tǒng)三棱鏡，所采用的材料為光學(xué)玻璃或光學(xué)晶體，其折射率η的取值范圍為:1〈η〈2。
[0022]所述校正鏡組由2塊以上的透鏡組成，所采用的材料為光學(xué)玻璃或光學(xué)晶體，其折射率η的取值范圍為:1〈η〈2。
[0023]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，首先將單色平面光射入到待測曲面棱鏡后，形成球面波與平面波的疊加；再通過平面棱鏡調(diào)整波面的傳播方向，并通過校正鏡組校正所述待測曲面棱鏡成像引入的像差；由圖像接收器件接收校正處理后的圖像，所述圖像接收器件接收到的是衍射造成的點擴(kuò)散圖樣；根據(jù)所述圖像接收器件接收到的圖像判別所述待測曲面棱鏡是否達(dá)到精度要求。該檢測方法采用非接觸測量，不損傷元件加工面，通過圖像即可判定加工是否合格，可作為在線快速、批量檢測Fery棱鏡的有效手段。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。
[0025]圖1為傳統(tǒng)色散棱鏡的光路示意圖；
[0026]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中Fery棱鏡的工作光路示意圖；
[0027]圖3為本發(fā)明實施例所提供的非接觸式檢測曲面棱鏡的方法流程示意圖；
[0028]圖4為本發(fā)明實施例所提供的非接觸式檢測曲面棱鏡裝置檢測光路示意圖；
[0029]圖5為本發(fā)明實施例所提供的待測Fery棱鏡的主要參數(shù)幾何示意圖；
[0030]圖6為本發(fā)明實施例所提供的光學(xué)系統(tǒng)傳遞函數(shù)曲線圖；
[0031]圖7為本發(fā)明實施例所提供的圖像接收器件上的相對照度曲線圖。
【具體實施方式】[0032]下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0033]本發(fā)明實施例是將平行光經(jīng)過待測曲面棱鏡后得到的非標(biāo)準(zhǔn)波面轉(zhuǎn)化成球面波，再根據(jù)圖像接收器件接收到的圖像反推出待測曲面棱鏡的色散角和中心厚度的加工質(zhì)量是否達(dá)到要求。下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述，如圖3所示為本發(fā)明實施例所提供的非接觸式檢測曲面棱鏡的方法流程示意圖，所述測量方法包括:
[0034]步驟31:將單色平面光射入到待測曲面棱鏡后，形成球面波與平面波的疊加；
[0035]具體實現(xiàn)中，待測曲面棱鏡的前后通光面都是球面，所采用的材料為光學(xué)玻璃、晶體材料或光學(xué)塑料，其折射率η的取值范圍為:1〈η〈2。
[0036]步驟32:再通過平面棱鏡調(diào)整波面的傳播方向，并通過校正鏡組校正所述待測曲面棱鏡成像引入的像差；
[0037]具體實現(xiàn)中，將平面棱鏡和校正鏡按照設(shè)計值裝調(diào)好并滿足公差要求即可，具體可通過定心加工實現(xiàn)高精度調(diào)整。
[0038]步驟33:由圖像接收器件接收校正處理后的圖像，所述圖像接收器件接收到的是衍射造成的點擴(kuò)散圖樣；
[0039]步驟34:根據(jù)所述圖像接收器件接收到的圖像判別所述待測曲面棱鏡是否達(dá)到精度要求。
[0040]在該步驟中，具體可以將圖像接收器件所接收到圖像的數(shù)字影像灰度值DN曲線與計算機(jī)系統(tǒng)仿真的衍射圖像進(jìn)行對比，若兩者的半高寬之差在半個像元以內(nèi)，則判斷該待測曲面棱鏡達(dá)到精度要求。
[0041]基于上述的檢測方法，本發(fā)明還提供了一種非接觸式檢測曲面棱鏡裝置，如圖4所示為本發(fā)明實施例所提供的非接觸式檢測曲面棱鏡裝置檢測光路示意圖，圖4中包括:單色光源1、平面棱鏡3、校正鏡組4和圖像接收器件5，其中:
[0042]所述單色光源I發(fā)出單色平面光，并射入到待測曲面棱鏡2，形成球面波與平面波的疊加；
[0043]再通過所述平面棱鏡3調(diào)整波面的傳播方向，并通過所述校正鏡組4來校正所述待測曲面棱鏡成像引入的像差；
[0044]最后由所述圖像接收器件5接收校正處理后的圖像，所述圖像接收器件5接收到的是衍射造成的點擴(kuò)散圖樣，并根據(jù)所述圖像接收器件5接收到的圖像判別所述待測曲面棱鏡2是否達(dá)到精度要求，具體判斷方式見上述方法實施例所述。
[0045]在具體實現(xiàn)中，單色光源I可以為平行光管或Zygo干涉儀的輸出端，且口徑覆蓋所述待測曲面棱鏡的有效口徑。
[0046]所述圖像接收器件5可以為光電探測器，比如(XD、CMOS和PSD，也可以是讀數(shù)顯微鏡。
[0047]所述平面棱鏡3可以為傳統(tǒng)三棱鏡，前后通光表面均為平面，可以是直角棱鏡，也可以是非直角棱鏡，所采用的材料為光學(xué)玻璃或光學(xué)晶體，其折射率η的取值范圍為:1〈η〈2。同時為了避免混淆誤差來源，平面棱鏡要求有較高的加工精度，平面棱鏡可以采用Zygo干涉儀檢測。
[0048]所述校正鏡組4可以由2塊以上透鏡組成，單塊透鏡的透光表面可以是球面，也可以是非球面，所采用的材料為光學(xué)玻璃或光學(xué)晶體，其折射率η的取值范圍為:1〈η〈2。為了避免混淆誤差來源，校正鏡組的表面精度和間隔要求較高，表面精度可以采用Zygo干涉儀或者樣板法檢測，校正鏡組間隔用厚度儀或者百分表確定。
[0049]以具體實例舉例來說，采用上述裝置對待測Fery棱鏡進(jìn)行檢測，如圖5所示為本實施例所提供的待測Fery棱鏡的主要參數(shù)幾何示意圖，該待測Fery棱鏡各參數(shù)的值分別為:前表面曲率Rl為64mm,后表面曲率R2為50mm,中心厚度d為5mm,色散角a為10° ,且本實例中檢測裝置的具體參數(shù)如下表I所示:
[0050]表1:
[0051]
【權(quán)利要求】
1.一種非接觸式檢測曲面棱鏡的方法，其特征在于，所述方法包括: 將單色平面光射入到待測曲面棱鏡后，形成球面波與平面波的疊加； 再通過平面棱鏡調(diào)整波面的傳播方向，并通過校正鏡組校正所述待測曲面棱鏡成像引入的像差； 由圖像接收器件接收校正處理后的圖像，所述圖像接收器件接收到的是衍射造成的點擴(kuò)散圖樣； 根據(jù)所述圖像接收器件接收到的圖像判別所述待測曲面棱鏡是否達(dá)到精度要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述非接觸式檢測曲面棱鏡的方法，其特征在于， 所述待測曲面棱鏡的前后通光面都是球面，所采用的材料為光學(xué)玻璃、晶體材料或光學(xué)塑料，其折射率η的取值范圍為:1〈η〈2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述非接觸式檢測曲面棱鏡的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述圖像接收器件接收到的圖像判別所述待測曲面棱鏡是否達(dá)到精度要求，具體包括: 將所述圖像接收器件接收到圖像的數(shù)字影像灰度值曲線與計算機(jī)系統(tǒng)仿真的衍射圖像進(jìn)行對比，若兩者的半高寬之差在半個像元以內(nèi)，則判斷所述待測曲面棱鏡達(dá)到精度要求。
4.一種非接觸式檢測曲面棱鏡的裝置，其特征在于，所述裝置包括單色光源、平面棱鏡、校正鏡組和圖像接收器件，其中: 所述單色光源發(fā)出單色平面光，并射入到待測曲面棱鏡，形成球面波與平面波的疊加； 再通過所述平面棱鏡調(diào)整波面的傳播方向，并通過所述校正鏡組校正所述待測曲面棱鏡成像引入的像差； 由所述圖像接收器件接收校正處理后的圖像，所述圖像接收器件接收到的是衍射造成的點擴(kuò)散圖樣，并根據(jù)所述圖像接收器件接收到的圖像判別所述待測曲面棱鏡是否達(dá)到精度要求。
5.如權(quán)利要求4所述非接觸式檢測曲面棱鏡的裝置，其特征在于， 所述單色光源為平行光管或Zygo干涉儀的輸出端，且口徑覆蓋所述待測曲面棱鏡的有效口徑。
6.如權(quán)利要求4所述非接觸式檢測曲面棱鏡的裝置，其特征在于， 所述圖像接收器件為光電探測器或讀數(shù)顯微鏡。
7.如權(quán)利要求4所述非接觸式檢測曲面棱鏡的裝置，其特征在于， 所述平面棱鏡為傳統(tǒng)三棱鏡，所采用的材料為光學(xué)玻璃或光學(xué)晶體，其折射率η的取值范圍為:1〈η〈2。
8.如權(quán)利要求4所述非接觸式檢測曲面棱鏡的裝置，其特征在于， 所述校正鏡組由2塊以上的透鏡組成，所采用的材料為光學(xué)玻璃或光學(xué)晶體，其折射率η的取值范圍為:1〈η〈2。
【文檔編號】G01M11/00GK103439086SQ201310384858
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月29日
【發(fā)明者】聶云峰, 相里斌, 周錦松, 呂群波, 黃旻 申請人:中國科學(xué)院光電研究院