CN102435146A - 光学透镜中心厚度测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了光学透镜中心厚度测量系统及方法，该系统包括光源，所述光源连接有分光装置，分光装置和光学探头正对且中心位于同一轴上，所述分光装置的一端还连接有光谱仪，光谱仪连接到计算机上。该方法为：光源发出的多色光经过分光装置进行光线耦合后进入光学探头；经过光学探头的多色光射到被测零件上发生反射、折射；反射回探头的光通过分光装置后进入到光谱仪；光谱仪根据返回光的能量分析得出不同波长光的能量曲线图；将所得的数据传输给计算机，通过公式进行计算得出透镜中心厚度，并显示出来。本发明在测量时简单便捷、数据精准，且非接触的测量方法不会损坏零件，作为光学透镜中心厚度测量系统及方法广泛运用于光学零件的精密测量。

Description

光学透镜中心厚度测量系统及方法

技术领域

本发明涉及光学精密测量技术领域，特别是涉及光学透镜中心厚度测量系统及方法。

背景技术

在光学领域中，透镜中心厚度的测量具有非常重要的意义。透镜中心厚度的光学系统中一个重要的参数，其加工质量的好坏决定了光学成像质量的好坏。特别是对于光刻机物镜、航天相机等高性能光学系统中的透镜，透镜中心厚度的一点点偏差都可能会导致成像不清晰，所以对于它的测量是必须严格控制精度的，尽可能地减小误差。

现有的测量透镜中心厚度的方法分为接触式测量和非接触式测量两种。

接触式测量，一般使用千分尺或者千分表测量。测量透镜中心厚度时，一是要找到最高或者最低点，测量起来速度很慢，且还不精确；二是光学元件表面很容易受到损坏，导致不可再用。

非接触式测量常有图像测量法、共面电容法、白光共焦法和干涉法。而随着科技的不断发展，非接触式测量对精度、抗干扰能力、方便性的要求也是越来越高，迫切需要一种方便简捷的透镜中心厚度测量方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种方便快速精确的光学透镜中心厚度测量系统。

本发明的另一个目的是提供一种光学透镜中心厚度测量方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

光学透镜中心厚度测量系统，包括光源，还包括分光装置、光学探头、光谱仪和计算机，所述光源连接分光装置，分光装置和光学探头正对且中心位于同一轴上，所述分光装置的一端还连接有光谱仪，光谱仪连接到计算机上。

进一步，所述光学探头内设置有非球面光学系统。

进一步，还包括固定光学探头的支撑架和固定被测零件的载物台与夹具。

光学透镜中心厚度测量方法，包括以下步骤：

A、光源发出的多色光经过分光装置进行光线耦合后进入光学探头；

B、经过光学探头的多色光射到被测零件上发生反射、折射；

C、反射回探头的光通过分光装置后进入到光谱仪；

D、光谱仪根据返回光的能量分析得出不同波长光的能量曲线图；

E、将所得的数据传输给计算机，通过公式进行计算得出透镜中心厚度，并显示出来。

进一步，所述被测零件的上下表面对两种不同色光形成自准直，这两种不同色光反射回的光能量完全进入光谱仪中的光阑，其他色光则在光阑处形成大于光阑的弥散斑。

进一步，所述两种不同色光对应于相应波长值的能量的峰值。

进一步，所述公式为：

不同波长对应的离焦量不同，两峰值波长对应的离焦量分别为D1和D2，透镜中心厚度D=|D1-D2|，

由折射定律得：

为在下表面反射的色光沿着在通过上表面时的光路延伸相交的一点到上表面的距离，n为透镜的折射率，n₀为空气中的折射率一般视为1，为色光从空气进入透镜时的入射角，为色光从空气进入透镜时的折射角。

本发明的有益效果：本发明光学透镜中心厚度测量系统，包括光源，还包括分光装置、光学探头、光谱仪和计算机，通过反射及折射的原理，利用光谱仪测量反射回来的有能量峰值的两种不同色光的波长，算出对应的透镜中心厚度，在测量上显得非常的简单快捷，并且非接触式的测量不仅准确同时也很好地保护了透镜不受接触造成的损坏，具有良好的可行性。

本发明的另一个有益效果：本发明光学透镜中心厚度测量方法，光源发出的多色光经过分光装置进入光学探头，多色光射到被测零件上发生反射、折射，反射回探头的光进入到光谱仪得出不同波长光的能量曲线图，计算机通过公式进行计算得出透镜中心厚度并显示出来，该方法受外界的影响小，精准的设备也保证了所得数据的准确性，而且测量简单实用，是一种非常有效的透镜中心厚度测量方法。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是本发明光学透镜中心厚度测量系统结构图；

图2是本发明光学透镜中心厚度测量方法流程图；

图3是本发明光学透镜中心厚度测量方法公式示意图。

图中：光源1、分光装置2、光学探头3、光谱仪4、计算机5、支撑架6、载物台7、夹具8。

具体实施方式

参照图1，光学透镜中心厚度测量系统，包括光源，还包括分光装置、光学探头、光谱仪和计算机，所述光源连接分光装置，分光装置和光学探头正对且中心位于同一轴上，所述分光装置的一端还连接有光谱仪，光谱仪连接到计算机上。

进一步作为优选的实施方式，所述光学探头内设置有非球面光学系统。

进一步作为优选的实施方式，还包括固定光学探头的支撑架和固定被测零件的载物台与夹具。

参照图2，光学透镜中心厚度测量方法，包括以下步骤：

A、光源发出的多色光经过分光装置进行光线耦合后进入光学探头；

B、经过光学探头的多色光射到被测零件上发生反射、折射；

C、反射回探头的光通过分光装置后进入到光谱仪；

D、光谱仪根据返回光的能量分析得出不同波长光的能量曲线图；

E、将所得的数据传输给计算机，通过公式进行计算得出透镜中心厚度，并显示出来。

进一步作为优选的实施方式，所述被测零件的上下表面对两种不同色光形成自准直，这两种不同色光反射回的光能量完全进入光谱仪中的光阑，其他色光则在光阑处形成大于光阑的弥散斑。

进一步作为优选的实施方式，所述两种不同色光对应于相应波长值的能量的峰值。

参照图3，进一步作为优选的实施方式，所述公式为：

不同波长对应的离焦量不同，两峰值波长对应的离焦量分别为D1和D2，透镜中心厚度D=|D1-D2|，

由折射定律得：

 

根据图中简单的三角关系可以得到：

把公式（1）代入公式（2）有：

为在下表面反射的色光沿着在通过上表面时的光路延伸相交的一点到上表面的距离，n为透镜的折射率，n₀为空气中的折射率一般视为1，为色光从空气进入透镜时的入射角，为色光从空气进入透镜时的折射角。

测量的原理：光源的光经过光线耦合进入光学探头，射出的色散光在被测零件上下表面形成自准直，因此这两个波长的光反射回去的能量完全进入光谱仪的光阑，形成了能量的峰值，经过计算机的计算，得出了对应的透镜中心厚度的值。

当然，本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.光学透镜中心厚度测量系统，包括光源，其特征在于：还包括分光装置、光学探头、光谱仪和计算机，所述光源连接分光装置，分光装置和光学探头正对且中心位于同一轴上，所述分光装置的一端还连接有光谱仪，光谱仪连接到计算机上。

2.根据权利要求1所述的光学透镜中心厚度测量系统，其特征在于：所述光学探头内设置有非球面光学系统。

3.根据权利要求1所述的光学透镜中心厚度测量系统，其特征在于：还包括固定光学探头的支撑架和固定被测零件的载物台与夹具。

4.光学透镜中心厚度测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、光源发出的多色光经过分光装置进行光线耦合后进入光学探头；

B、经过光学探头的多色光射到被测零件上发生反射、折射；

C、反射回探头的光通过分光装置后进入到光谱仪；

D、光谱仪根据返回光的能量分析得出不同波长光的能量曲线图；

E、将所得的数据传输给计算机，通过公式进行计算得出透镜中心厚度，并显示出来。

5.根据权利要求4 所述的光学透镜中心厚度测量方法，其特征在于：所述被测零件的上下表面对两种不同色光形成自准直，这两种不同色光反射回的光能量完全进入光谱仪中的光阑，其他色光则在光阑处形成大于光阑的弥散斑。

6.根据权利要求5所述的光学透镜中心厚度测量方法，其特征在于：所述两种不同色光对应于相应波长值的能量的峰值。

7.根据权利要求4 所述的光学透镜中心厚度测量方法，其特征在于：所述公式为：

不同波长对应的离焦量不同，两峰值波长对应的离焦量分别为D1和D2，透镜中心厚度D=|D1-D2|，

由折射定律得：

为在下表面反射的色光沿着在通过上表面时的光路延伸相交的一点到上表面的距离，n为透镜的折射率，n₀为空气中的折射率一般视为1，为色光从空气进入透镜时的入射角，为色光从空气进入透镜时的折射角。

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