CN100494944C - 基于单色发光二极管面光源的便携式干涉测量装置 - Google Patents

Abstract

一种基于单色发光二极管面光源的便携式干涉测量装置，包括一单色发光二极管的面光源，自该单色发光二极管面光源沿光路依次是散射板、第一分光板、标准样板和待检测元件，在所述的第一分光板由标准镜的返回光的反射光路上，依次是第二分光板、物镜和光电探测器，在所述的第二分光板的反射光路上有观察窗口。本发明的测量结果既可人工识别，又可通过计算机进行判读。本发明装置具有装置轻便、节能、成本低廉、应用广泛、可批量生成等特点，能方便地应用于批量的光学加工过程中的质量控制。

Description

基于单色发光二极管面光源的便携式干涉测量装置

技术领域

本发明涉及光学元件的干涉测量，是一种基于单色发光二极管(LED)面光源的便携式干涉测量装置。可广泛应用于在光学车间等场合。

背景技术

自然界中两束光相干的条件如下：(1)两束光的波长相同，即振动频率相同；(2)两束光的相位差不随时间改变，即有恒定的相位差；(3)两束光在相遇点有相同的振动方向。在光的干涉理论提出以后，利用光的干涉现象进行光学元件加工质量的检测方式便已广泛使用了。

光学干涉计量方法是以光的波长为计量单位的一种高精度、高灵敏度的计量测试方法，是高精度光学测量仪器中常用的重要仪器。测量系统所获得的干涉条纹是干涉场中光程差相同点的轨迹，待求的参数是通过干涉图的识别与分析来实现的。在光学车间加工检验中，是利用一个标准镜(或样板)与待测的光学元件相比来测量的。如在球面透镜的检测中，把待测球面与凹凸相反的样板对贴。通过产生的光圈来检验光学元件的表面质量，依靠光圈定性地分析包括曲率是否合乎要求、表面是否有不均匀的缺陷等。这种利用样板来检测光学元件质量的系统在光学车间检验中有广泛的应用。先前技术中应用的检测设备成本高，对检测环境的要求较高，操作不方便，不容易实现实时检测。

但在一般的光学粗加工过程中更注重的是要求检测方便、快速、实用，以便顺利完成加工过程中的质量控制。在精度要求相对不高，批量生产的光学元件检测更是如此。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于单色发光二极管面光源的便携式干涉测量装置，以方便地用于批量光学加工过程中的质量控制，实现一定意义上的实时检测。该测量装置应具有装置轻便，成本低廉，适用于批量生产等特点。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于单色发光二极管面光源的便携式干涉测量装置，其特征在于包括一单色发光二极管的面光源，自该单色发光二极管面光源沿光路依次是散射板、第一分光板、标准样板和待检测元件，在所述的第一分光板由标准镜的返回光的反射光路上，依次是第二分光板、物镜和光电探测器，在所述的第二分光板的反射光路上有观察窗口。

所述的单色发光二极管面光源的构成是：一导光板置于一反射板上，在所述的导光板的周围，贴设有由置于电路基板上的一系列单色发光二极管构成的单色发光二极管侧边条，该电路基板上具有驱动所述的单色发光二极管发光的驱动电路。

所述的导光板是上表面为光洁的通过平面，下表面被磨毛的反光的方形板或圆形板。

所述的导光板为方形板，相应的单色发光二极管侧边条为四根直条，相嵌在所述的方形导光板的四周。

所述的光电探测器为CCD探测器并与一计算机相连。

本发明的技术效果：

本发明采用单色发光二极管(以下简称LED)面光源干涉测量系统，在设计面光源时尤其考虑了均光处理功能；

该发明中采用扁平形状的LED为基本发光光源，设计光照均匀的面光源。用设计的面光源代替先先前技术上采用的普通钠灯或激光等。相干度 $L_m=\frac{{\mathrm{\λ}}^2}{\mathrm{\Δ\λ}}$ ，其中Δλ为光源的谱线宽度。由于单色LED的发展已经达到了一个很高的程度，具有良好的时间和空间相干性。在应用光源时，采用的是有一定宽度的面光源，因此待测元件与样板之间产生非定域干涉条纹。在结构布局上通用化设计了易于检测操作的光路装置图；干涉结果的判读可以人工识别或者采集到计算机进行判读。

LED价格低廉，体积小，耗电量低，一般来说工作电压是2～3.6V。这就是说，用它做光源可提高仪器便携化，并易于实现实时检测。

用普通LED来设计的面光源时，根据人眼的观察时对颜色的习惯，选用高亮红光的LED，还需要一块与LED宽度匹配的光板，约1cm厚的导光板。为了更好的产生平面光源，要求导光板的一面有很好的光洁度以保证透光好，同时另一面粗砂打磨以保证均匀反射。

在系统整体设计中，以上述LED面光源为单色发光板，射出的平面波经过一个透过散射板，然后出射到待检测元件和标准样板上产生干涉条纹，采用人眼直接观察，或用CCD接收信号送到计算机对干涉条纹可方便地进行判读。

综上，本发明的特征是测量系统的光源采用LED设计的面光源，在设计中尤其考虑了均光处理功能；应用面光源的干涉仪的光路中将待测元件置于上方，这给检测带来很大便利，通过配备非球面、球面、平面等不同类型和尺寸的标准样板可用来检测不同类型的光学元器件，应用广泛；干涉图的判读既可以人工识别定性分析，也可由CCD探测器采集到计算机进行定量判读。本发明具有装置轻便，成本低廉，应用广泛，可批量生成等特点，能方便用于批量光学加工过程中的质量控制中。

附图说明

图1是本发明基于单色发光二极管面光源的便携式干涉测量装置的光路示意图。

图2是本发明装置的单色发光二极管面光源一个实施例的结构示意图；(a)为面光源正视图；(b)局部剖面图，(c)为电路上并联式的单色发光二极管侧边条

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

先请参阅图1，图1是本发明基于单色发光二极管面光源的便携式干涉测量装置的光路示意图。由图可见，本发明基于单色发光二极管面光源的便携式干涉测量装置，包括一由单色发光二极管的面光源9，自该单色发光二极管面光源9沿光路依次是散射板10、第一分光板11、标准样板12和待测元件13，在所述的第一分光板11由标准镜12的返回光的反射光路上，依次是第二分光板17、物镜14和光电探测器15，在所述的第二分光板17的反射光路上有观察闯口16。

所述的单色发光二极管面光源9的构成，如图2所示：一导光板5置于一反射板6上，在所述的导光板5的周围，贴设有由置于电路基板8上的一系列单色发光二极管7构成的单色发光二极管侧边条1、2、3、4，该电路基板8上具有驱动所述的单色发光二极管7发光的驱动电路。

所述的导光板5是上表面为光洁的通光平面，下表面被磨毛的反光面的方形板或圆形板。图2中表示的是方形导光板5，相应的单色发光二极管侧边条为四根直条1、2、3、4，相嵌在所述的方形导光板5的四周。图2(a)俯视图中所示的LED的四个侧边条1、2、3、4，导光板5；图(b)剖面图中所示的反射层6；图(c)并联的条状LED光源，它由扁平形状的LED灯7和电路基板8构成。

所述的光电探测器15为CCD探测器并与一计算机(图中未示)相连。

光源的实现方法：把单个的LED图示中的7首先排列成一排，并置于电路基板8上，采用并联电路的方式把LED用连接起来，工作电压由常用小型变压器，其中电压的值根据采用的LED所需的电压选定，一般选3V。把做好的四个条装光源分别是1，2，3和4在导光板5周围放置。导光板5具有一定厚度，其上表面是光洁面,而下表面粗磨，另外在下表面还有一层反光板或反光层6，这样使得从侧边射入的光在到下表面后尽可能多的又反射回去。

测量系统的光路：基于LED的面光源9射出单色的红光束。通过漫射板10是为了对入射的面光源进行均光处理。出射的均匀光束经过分光板11到达标准样板12的上表面和待测元件13的下表面，并在接触面处产生干涉条纹。返回的干涉条纹图经第一分光板11反射到第二分光板17处，再经过第二分光板17后一部分干涉图的光强通过物镜14由光电探测器CCD15接收，对获得的干涉图数字化采集到计算机可方便的进行条纹判读；另一部分通过第二分光板17转到16处可直接用肉眼观察。

Claims (5)

1、一种基于单色发光二极管面光源的便携式干涉测量装置，其特征在于包括一单色发光二极管的面光源(9)，自该单色发光二极管面光源(9)沿光路依次是散射板(10)、第一分光板(11)、标准样板(12)和待测元件(13)，在所述的第一分光板(11)由标准样板(12)的返回光的反射光路上，依次是第二分光板(17)、物镜(14)和光电探测器(15)，在所述的第二分光板(17)的反射光路上有观察窗口(16)。

2、根据权利要求1所述的基于单色发光二极管面光源的便携式干涉测量装置，其特征在于所述的单色发光二极管面光源(9)的构成是：一导光板(5)置于一反射板(6)上，在所述的导光板(5)的周围，贴设有由置于电路基板(8)上的一系列单色发光二极管(7)构成的单色发光二极管侧边条(1、2、3、4)，该电路基板(8)上具有驱动所述的单色发光二极管(7)发光的驱动电路。

3、根据权利要求2所述的基于单色发光二极管面光源的便携式干涉测量装置，其特征在于所述的导光板(5)是上表面为光洁的通光平面，下表面被磨毛的反光面的方形板或圆形板。

4、根据权利要求3所述的基于单色发光二极管面光源的便携式干涉测量装置，其特征在于所述的导光板(5)为方形板，相应的单色发光二极管侧边条为四根直条(1、2、3、4)，镶嵌在所述的方形导光板(5)的四周。

5、根据权利要求1至4任一项所述的基于单色发光二极管面光源的便携式干涉测量装置，其特征在于所述的光电探测器(15)为CCD探测器并与一计算机相连。

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