一種離軸橢球面鏡的檢測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】一種離軸橢球面鏡的檢測(cè)裝置，由斐索干涉儀及其標(biāo)準(zhǔn)球面鏡、五維調(diào)整架、補(bǔ)償小球及其三維調(diào)整架組成，標(biāo)準(zhǔn)球面鏡是所述的斐索干涉儀的光束輸出窗口，所述的五維調(diào)整架的頂面固定一基座，在該基座的一端固定所述的三維調(diào)整架，另一端供待測(cè)離軸橢球面鏡擺放，所述的斐索干涉儀位于所述的基座擺放待測(cè)離軸橢球面鏡的正上方。本實(shí)用新型能夠快速定位被測(cè)離軸橢球面，提高檢測(cè)離軸橢球面的效率，從而提高了生產(chǎn)效率，降低了檢測(cè)成本，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各種離軸橢球面的檢測(cè)，彌補(bǔ)了現(xiàn)有技術(shù)中的空白。
【專利說明】一種離軸橢球面鏡的檢測(cè)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及光學(xué)檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種基于斐索干涉儀的離軸橢球面鏡的檢測(cè)裝置及其檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)元件的傳統(tǒng)檢測(cè)方法與技術(shù)已沿用了數(shù)十年。光學(xué)檢測(cè)涉及被測(cè)元件材料、口徑、種類以及測(cè)試技術(shù)、儀器和設(shè)備等。被測(cè)元件的種類繁多，包括有平行平板、球面、非球面、自由曲面、衍射光柵、錐鏡、柱面透鏡等，非球面中有特殊的非球面如拋物面、橢球面、雙曲面和除此以外的其它非球面。光學(xué)檢測(cè)中常用的主要儀器可分為干涉儀類、表面輪廓儀類、MTF測(cè)試儀類、精密球徑儀類、焦距與偏心測(cè)試儀器類及其它儀器等。
[0003]國(guó)內(nèi)外都在研制和發(fā)展各自的先進(jìn)儀器。國(guó)內(nèi)以南京理工大學(xué)和成都太科公司為代表的干涉儀制造廠家，各類數(shù)字式干涉儀的產(chǎn)品口徑有Φ25_?Φ600_;進(jìn)口以美國(guó)Zygo公司為代表的從口徑4"?32"的各類干涉儀；Zygo公司以3D干涉顯微鏡為基本原理發(fā)展的非接觸式表面輪廓儀，從早期的Maxim3D5700到現(xiàn)代最新的Zemapper System等；英國(guó)Tayloy-Hobson觸針式輪廓儀；滿足實(shí)際需求的三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x、4D干涉儀等。
[0004]然而，在光學(xué)檢測(cè)儀器和技術(shù)應(yīng)用上，仍存在很多問題和不足。目前，尚未有關(guān)于離軸橢球面快速檢測(cè)的方法或裝置?，F(xiàn)有檢測(cè)儀器如Zygo干涉儀、牛頓干涉儀、4D干涉儀、Tayloy-Hobson等均無法直接檢測(cè)離軸橢球面。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的是以克服目前對(duì)離軸橢球面進(jìn)行檢測(cè)的調(diào)整困難，提供一種基于斐索干涉儀的離軸橢球面檢測(cè)裝置及其檢測(cè)方法。
[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下:
[0007]—種離軸橢球面鏡的檢測(cè)裝置，其特點(diǎn)在于，該裝置由斐索干涉儀及其標(biāo)準(zhǔn)球面鏡、五維調(diào)整架、補(bǔ)償小球及其三維調(diào)整架組成，標(biāo)準(zhǔn)球面鏡是所述的斐索干涉儀的光束輸出窗口，所述的五維調(diào)整架的頂面固定一基座，在該基座的一端固定所述的三維調(diào)整架，另一端供待測(cè)離軸橢球面鏡擺放，所述的斐索干涉儀位于所述的基座擺放待測(cè)離軸橢球面鏡的正上方。
[0008]所述的三維調(diào)整架具有X、Y、Z三維，所述的五維調(diào)整架具有X、Y、Z、Tip&Tilt五維。
[0009]所述的待測(cè)離軸橢球面鏡為凹面鏡。
[0010]一種利用所述的離軸橢球面鏡的檢測(cè)裝置檢測(cè)待測(cè)離軸橢球面鏡的方法，其特點(diǎn)在于，該方法包括下列步驟:
[0011]①根據(jù)待測(cè)離軸橢球面鏡的設(shè)計(jì)尺寸，按照?qǐng)D6中所示，計(jì)算Θ 1，Θ I可根據(jù)已知的L1、L2、L3由三角公式求得00可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)球面鏡的已知參數(shù)RO和DO求得。根據(jù)S1SQ0的原則選擇選擇最接近于Θ i所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)球面鏡安裝到所述的斐索干涉儀上，標(biāo)準(zhǔn)球面鏡的選擇以最大限度利用斐索干涉儀的出射光能，即確保斐索干涉儀的出射光全部照射在該待測(cè)離軸橢球面鏡上；
[0012]②將待測(cè)離軸橢球面鏡固定在基座上，調(diào)整五維調(diào)整架使基座的上表面處于水平，開啟所述的斐索干涉儀，該斐索干涉儀發(fā)出的光束經(jīng)所述的標(biāo)準(zhǔn)球面鏡全部照射在基座上的待測(cè)離軸橢球面鏡；
[0013]③調(diào)整五維調(diào)整架的高度，使斐索干涉儀發(fā)出的光束經(jīng)所述的待測(cè)離軸橢球面鏡后聚焦，該焦點(diǎn)即為待測(cè)離軸橢球面鏡的焦點(diǎn)F2，此時(shí)所述的斐索干涉儀輸出的球面波的焦點(diǎn)位于待測(cè)離軸橢球面鏡的另一個(gè)焦點(diǎn)Fl ；
[0014]④通過對(duì)三維調(diào)整架的調(diào)整使補(bǔ)償小球置于待測(cè)離軸橢球面鏡的焦點(diǎn)F2的位置上；
[0015]⑤所述的斐索干涉儀即得到待測(cè)離軸橢球面鏡的面型。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是能夠快速定位被測(cè)離軸橢球面，提高檢測(cè)離軸橢球面的效率，從而提高了生產(chǎn)效率，降低了檢測(cè)成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本實(shí)用新型離軸橢球面鏡的檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是本實(shí)用新型離軸橢球面鏡的檢測(cè)裝置的光路圖。
[0019]圖3是補(bǔ)償小球及其三維調(diào)整架和待測(cè)離軸橢球面鏡的正視圖。
[0020]圖4是五維調(diào)整架的側(cè)視圖。
[0021]圖5是被測(cè)離軸橢球面的三視圖，Ca)為正視圖，(b)為右視圖，(C)為俯視圖。
[0022]圖6是選擇標(biāo)準(zhǔn)球面鏡的計(jì)算示意圖。
[0023]圖中:1 一斐索干涉儀，2—斐索干涉儀用標(biāo)準(zhǔn)球面鏡，3—待測(cè)離軸橢圓面鏡，4一補(bǔ)償小球，5—補(bǔ)償小球的三維調(diào)整架，6—待測(cè)離軸橢球面鏡的五維調(diào)整架7—斐索干涉儀發(fā)出的平行單色光，8—經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)球面鏡透射的光線，9 一經(jīng)待測(cè)離軸橢圓面鏡反射的光線，10—經(jīng)補(bǔ)償小球反射的光線，11 一經(jīng)待測(cè)離軸橢圓面鏡再次反射的光線，12—經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)球面鏡表面折射回干涉儀的光線，A—標(biāo)準(zhǔn)球面鏡的內(nèi)反射面，A’ 一標(biāo)準(zhǔn)球面鏡的外表面，B-待測(cè)離軸橢圓面鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0025]請(qǐng)先參閱圖1，圖1是本實(shí)用新型離軸橢球面鏡的檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，一種離軸橢球面鏡的檢測(cè)裝置，由斐索干涉儀I及其標(biāo)準(zhǔn)球面鏡2、五維調(diào)整架6、補(bǔ)償小球4及其三維調(diào)整架5組成，標(biāo)準(zhǔn)球面鏡2是所述的斐索干涉儀I的光束輸出窗口，所述的五維調(diào)整架6的頂面固定一基座，在該基座的一端固定所述的三維調(diào)整架5，另一端供待測(cè)離軸橢球面鏡3擺放，所述的斐索干涉儀I位于所述的基座擺放待測(cè)離軸橢球面鏡的正上方。
[0026]1、斐索干涉儀:用一個(gè)經(jīng)過很好校正的物鏡準(zhǔn)直從針孔發(fā)出的光。在準(zhǔn)直物鏡與針孔(空間濾波器)之間放置一個(gè)分光鏡，以便從側(cè)面觀察干涉條紋。斐索干涉儀發(fā)出的光為平行單色光。
[0027]根據(jù)待測(cè)離軸橢球面鏡的設(shè)計(jì)尺寸，按照?qǐng)D6中所示，計(jì)算光線入射到被測(cè)離軸橢球面的最大立體角Θ I的度數(shù)，Θ I可根據(jù)已知的L1、L2、L3由三角公式求得，其中LI為待測(cè)離軸橢球面鏡的焦點(diǎn)F2到待測(cè)離軸橢球面鏡一投影邊緣的距離，L2為待測(cè)離軸橢球面鏡的焦點(diǎn)F2到待測(cè)離軸橢球面鏡另一投影邊緣的距離，L3為兩投影邊緣的間距。標(biāo)準(zhǔn)球面鏡出射的最大出射立體角00的度數(shù)，可根據(jù)已知參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)球面鏡的曲率半徑RO和出
射光線的最大直徑DO求得。根椐的原則選擇選擇最接近于Q1所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)球面
鏡安裝到所述的斐索干涉儀上，標(biāo)準(zhǔn)球面鏡的選擇以最大限度利用干涉儀的出射光能，即確保出射光全部照射在待測(cè)離軸橢圓面鏡上。
[0028]2、集成的待測(cè)離軸橢圓面鏡、三維調(diào)整架及五維調(diào)整架。
[0029]圖2是本實(shí)用新型離軸橢球面鏡的檢測(cè)裝置的光路圖，標(biāo)準(zhǔn)球面鏡的內(nèi)反射A面作為參考球面，待測(cè)離軸橢圓面B作為待測(cè)球面。根據(jù)待測(cè)離軸橢圓面鏡兩個(gè)焦點(diǎn)之間的距離確定補(bǔ)償小球與待測(cè)離軸橢圓面鏡的相對(duì)位置，并通過對(duì)三維調(diào)整架和五維調(diào)整架的反復(fù)調(diào)整以找到補(bǔ)償小球的位置，使其位于待測(cè)離軸橢球面鏡的另一個(gè)焦點(diǎn)F2上。
[0030]標(biāo)準(zhǔn)球面鏡的內(nèi)表面A面作為參考球面，其面型精度是小于λ /10，B面是經(jīng)單點(diǎn)金剛車石車床加工而成的離軸橢球面作為被測(cè)面。本實(shí)用新型裝置光路圖如圖2所示。斐索干涉儀發(fā)出的平行單色光7入射到標(biāo)準(zhǔn)透射球面后，一部分光被參考球面內(nèi)表面A反射，該反射光線攜帶標(biāo)準(zhǔn)球面波信息。另一部分光經(jīng)參考球面A透射(稱為光線8)后匯聚到焦點(diǎn)Fl后發(fā)散入射到待測(cè)離軸橢球面B。根據(jù)橢圓面的光學(xué)性質(zhì):點(diǎn)光源Fl發(fā)出的光線經(jīng)橢球面后匯聚于橢球面的另一焦點(diǎn)F2，在F2點(diǎn)的位置上放置補(bǔ)償小球，小球的面型精度小于λ /10。光線經(jīng)待測(cè)離軸橢球面鏡反射(稱為光線9)匯聚成的焦點(diǎn)與小球的球心點(diǎn)重合，光線經(jīng)過小球球面按原路反射(稱為光線10)回到待測(cè)離軸橢球面，再次經(jīng)過橢球面反射(稱為光線11)匯聚于焦點(diǎn)Flj^Fl后發(fā)散投射到標(biāo)準(zhǔn)球面鏡的外表面Α’，經(jīng)Α’面折射(稱為光線12)回到干涉儀中。平行單色光7經(jīng)參考球面內(nèi)表面A的反射光線與光線12滿足頻率相同、振動(dòng)方向一致、相位差`恒定三個(gè)條件，從而發(fā)生干涉現(xiàn)象，產(chǎn)生干涉條紋。通過斐索干涉儀觀察干涉條紋并對(duì)干涉條紋進(jìn)行分析從而得出離軸橢球面表面的面型測(cè)量結(jié)果。[0031 ] 斐索干涉儀是一種比較常用的等厚干涉儀，主要用于檢驗(yàn)平面或球面面型。單色光源所發(fā)出的光被透鏡會(huì)聚在圓孔光闌上，光闌位于準(zhǔn)直物鏡的焦平面上。從準(zhǔn)直物鏡出射的平行光束，在帶有楔度的參考平面的下平面和被測(cè)平面的上平面反射回來，再通過準(zhǔn)直物鏡和物鏡在目鏡的焦平面上形成圓孔光闌的小孔的兩個(gè)像。調(diào)整被測(cè)零件所在的工作臺(tái)，使兩個(gè)像重合。如果用望遠(yuǎn)放大鏡代替目鏡，就可以在被測(cè)平面看到等厚干涉條紋。利用上述斐索干涉儀的工作原理，在本實(shí)用新型裝置中，平行單色光7經(jīng)參考球面內(nèi)表面A的反射光線與光線12發(fā)生相干疊加，產(chǎn)生干涉條紋，并在斐索干涉儀中觀察干涉條紋，由斐索干涉儀分析得出面型測(cè)量結(jié)果。斐索干涉儀具有個(gè)測(cè)量鍵，點(diǎn)擊測(cè)量鍵可以得到面型的結(jié)果。
【權(quán)利要求】
1.一種離軸橢球面鏡的檢測(cè)裝置，其特征在于，該裝置由斐索干涉儀(I)及其標(biāo)準(zhǔn)球面鏡(2)、五維調(diào)整架(6)、補(bǔ)償小球(4)及其三維調(diào)整架(5)組成，標(biāo)準(zhǔn)球面鏡(2)是所述的斐索干涉儀(I)的光束輸出窗口，所述的五維調(diào)整架(6)的頂面固定一基座，在該基座的一端固定所述的三維調(diào)整架(5)，另一端供待測(cè)離軸橢球面鏡(3)擺放，所述的斐索干涉儀(I)位于所述的基座擺放待測(cè)離軸橢球面鏡的正上方。
【文檔編號(hào)】G01B11/24GK203443554SQ201320573778
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月16日
【發(fā)明者】施麗敏, 趙劍敏, 顧亞平, 魏向榮 申請(qǐng)人:上?，F(xiàn)代先進(jìn)超精密制造中心有限公司