CN1008304B - 用影象云纹检测光学元件性能的方法 - Google Patents

Abstract

一种用影象云纹法检测光学元件性能的方法。该方法采用了投影云纹原理，将被测物体放入投影云纹光路中，若有光学畸变就会引起云纹栅线的偏移。因此显示屏上就会出现云纹的变化，达到检测的目的。

本发明可对玻璃、有机玻璃制品如眼镜、防毒面具镜片、平板玻璃、汽车后视镜等进行全场直观的检查鉴定。与现行的逐点检查方法相比具有迅速、不遗漏、精度高等的优点，按本发明原理可制造各种仪器检测光学元件的畸变。

Description

本发明属于光学元件的检测方法。

云纹法是一种新型的实验力学方法。它是利用两组平行的栅线相互重叠，因光的几何干涉现象产生明暗相间的条纹来测量各种机械量和物体变形规律，该法能广泛地应用于机械、冶金、动力、水工、地质、航空、造船等部门的设备、工程结构和工艺的研究，以及在塑性加工变形和弹塑性变形中的研究。

云纹法的特点是：可直接获得整个面积位移场和应变场分布，并能测量局部区域的应力或应力集中现象;对材料无特殊性能要求。该法在塑性加工成形的研究中，优于现行的其他方法。

密栅云纹法的基本原理是将两块印有密集平行线条的透明版（称密栅版）重叠起来，对着亮的背景看去，就会有明暗相间的条纹出现，称之为“云纹”。

在试件表面上制出一组栅线称“试件栅”，它与试件一起变形，在其上重叠一块拷贝具有栅线的玻璃版，由于光的干涉就会产生云纹，这块玻璃栅版线的间距（称节距

）就发生变化，云纹也随着增加、减少、倾斜或弯曲。因为云纹的分布和试件的变形情况有着定量的几何关系，从而可推算出试件各处的应变值。

密栅云纹法与电测法类似，只是贴片面积大，计算点数多，能求出应变场。云纹的图形又与光弹性实验相似，但计算方法不同，对模型材料没有光学性能要求，它可以在金属材料、有机玻璃、橡皮、塑料、木材、水泥等实物或模型上贴片测量。应用范围非常广泛。

随着该方法的发展，可以用投影栅线和反射栅线等方法来测量不在一个平面内的物体表面的形状（高度、斜率、曲率等）和非平面位移（挠度、厚度的变化等）。一般称Shadow    Moire（影象云纹），也称面外云纹。这方法只使用一块基准栅将基准栅的栅线投影或反射到试件表面，利用基准栅和试件表面上基准栅线的影子形成的云纹进行测量物体的曲面和高度。利用影象云纹可以检测光学元件，如平板 玻璃、光学眼镜等的表面质量及内在质量。

一些光学元件需要检测它的光学性能如光楔和眼镜片的度数，平面镜子、反光镜子、平板玻璃等也都要测定光学畸变情况。目前国内外对平面镜片、平光眼镜片的的检查多采用下述二种方法：一是由检测员晃动镜片靠肉眼观测有无畸变。其缺点是因人而异，没有科学标准。国内多数工厂还采用此法。其二是用放映法检查畸变，如美国材料与试验协会关于平板透明镜片表面不均匀性标准试验方法（ASTM    D637-50）其原理是利用一束光经过透明平面镜片的畸变点，或有棱镜效应的部位引起偏转由此来确定镜片的好坏。此方法的缺点是不能全场检查，要逐点查找，对表面微小的缺陷不能觉察。再如苏联国家标准TOGT111-78规定了光学畸变检查法，其原理是用幻灯投影，通过被测镜片将类似砖墙缝的线格投影在屏幕上，观察细线的偏移量来确定畸变。此法要大的暗室，效率低误差大。国内建材工业部颁发的部标JC292-81规定使用“平板玻璃平整度测定仪PBP-801型”。其检测原理是用一束平行光垂直入射到被测物体，如果被测物体上下表面不平行，则光线将发生偏移，通过光电效应使光讯号变成电信号记录下来。此法的缺点：是逐点检查，不直观，速度慢。（有关云纹的参考资料可见-（1）曹起骧，叶绍英《密栅云纹法原理及应用》1983年5月，清华大学出版社;（2）马喜腾，叶绍英《关于我国云纹测试方法的重要元件-密栅版的研制》机械强度1981年第2期;（3）P.S.Theocaris《Moire    Fringes    in    Strain    Analysis》1969;（4）A.J.Durelli，V.J.Parks《Moire    Analysis    of    Strain》1970。

本发明的目的是研制一种全场检测的方法。

本发明的构成如下：

一束平行光线透过密栅版（下称投影密栅版）再经过透镜组，将密栅版线条投影到另一密栅版（下称基准密栅版）上，按云纹法光的干涉原理即可形成云纹，在毛玻璃屏上可以观察到所形成的云纹图象。如在透镜组和基准密栅版之间放入被测试的光学元件则经过投影密栅版和透镜组的光线透过被测试的光学元件（或经 被测试的光学元件反射）而投到基准密栅版上形成的云纹图象，可在毛玻璃屏上观察到，如被测光学元件无畸变则所形成的云纹图象与未放入被测光学元件时相似。如被测光学元件有畸变则所形成的云纹图象产生畸变，与原生成的云纹图象不同，即可检测到光学元件的畸变状况。

本发明的优点是：

1.全场检查被测光学元件，全面、直观、速度快、不会遗漏;

2.精确度高，因云纹干涉的放大原理，极微小的偏移量（即微小的畸变）即可在云纹变化中表现出来;

3.信号全面，记录方便，可拍照存档。

为便于叙述对附图说明如下：

图1为检测透明光学元件时的光路图。

1为光源;2为聚光镜;3为投影密栅版;4为透镜组;5为被测透明试件;6为基准密栅版;7为毛玻璃显示屏;8为反光镜。

图2为检测反射型光学元件时的光路图。

1为光源;2为聚光镜;3为投影密栅版;4为透镜组;6为基准密栅版;7为毛玻璃显示屏;9为被测反光镜;10为记录相机。

当检测透明光学元件时，光源[1]的光线经聚光镜[2]均匀照射在投影密栅版[3]上通过透镜组[4]成象在毛玻璃显示屏[7]上，基准栅版[6]与所成的象发生干涉，出现云纹由反射镜[8]进行观察。若在光路中插入被测透明光学元件[5]如光学元件有畸变则就能在毛玻璃显示屏上看到云纹的变化。通过观察云纹是否有变化，即可知道被测光学元件性能好坏。

当检测反射型光学元件时，光源[1]经聚光镜[2]将光线均匀照射在投影密栅版[3]上，通过透镜组[4]将光线射在被测反光镜[9]上，经反光镜反射，将影象投射在毛玻璃显示屏[7]上，与基准密栅版[6]发生干涉出现云纹。若被测反光镜，没有畸变，则云纹无变化。可用相机拍摄所成图象。被测光学元件可以是汽车后 视镜，反射镜、穿衣镜等光学元件。

用图2的光路图也可不用相机拍摄，用肉眼直接观察。

用图1的光路图也可不用反光镜[8]观察而用相机拍摄所成的云纹图象。

图3是通过图1的光路测得的平面镜片云纹图象（镜片无畸变）。

图4是通过图1的光路测得的平面镜片云纹图象（镜片有局部畸变）。

图5是通过图1的光路测得的平面镜片云纹图象（镜片有畸变）。

上述光路中所用密栅版的栅线密度为12线/毫米。

Claims (2)

1、一种检测透射型光学元件光学性质的方法，其实施步骤包括：光源[1]的光线经聚光镜[2]形成平行光束；该光束均匀透过投影密栅版[3]后形成栅线条纹的光线，该光线通过透镜组[4]照射到位于透镜组[4]后侧的基准密栅版[6]上，两组棚线产生干涉，在位于基准密栅版后侧的毛玻璃显示屏[7]上可观测到所形成的云纹图象；当在透镜组[4]和基准密栅版[6]之间插入透射型被测光学元件[5]时且该被测光学元件[5]上有畸变时，则透过被测光学元件[5]的投影密栅版[3]的栅线图形与基准密栅版[6]的栅线图形产生光学干涉，在毛玻璃显示屏[7]上观测到的云纹图象即产生畸变；其特征在于：被测光学元件[5]是位于非平行光场中的，且投影密栅版[3]的栅线图形，是通过透镜组[4]和透射型被测光学元件[5]投影到基准密栅版[6]并成象于毛玻璃显示屏[7]上的。

2、一种检测反射型光学元件光学性质的方法，其实施步骤包括：光源[1]的光线经聚光镜[2]形成平行光束，该光束均匀透过投影密栅版[3]后形成栅线条纹的光线，该光线通过透镜组[4]照射到位于透镜组[4]后侧（从光学意义上讲）的基准密栅版[6]上，两组栅线即产生干涉，在位于基准密栅版[6]后侧的毛玻璃显示屏[7]上观测到所形成的云纹图象。当在透镜组[4]和基准栅版[6]之间（从光学意义上讲）插入反射型被测光学元件[9]时，且该被测光学元件有畸变时，则被测光学元件[9]反射的投影密栅版[3]的栅线图形与基准密栅版[6]的栅线图形产生光学干涉，在毛玻璃显示屏[7]上观察到的云纹图象即产生畸变，其特征在于被测光学元件[9]是位于非平行光场中的，且投影密栅版[3]的栅线图形是通过透镜组[4]和反射型被测光学元件[9]投影到基准栅版[6]上，并成象于毛玻璃显示屏[7]上。

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