CN103630073B - 楔形透镜的检测及校正方法 - Google Patents

Abstract

一种楔形透镜的检测及校正方法，该方法采用4D动态干涉仪、补偿镜组、标准楔块、自准直平行光管、标准反射镜和球面镜头对待测楔形透镜进行检测和校正。本发明可广泛应用于楔形透镜的加工过程中的透过波面和角度的检测，以及对楔形透镜姿态偏差容许量的检测，特别是针对高精度的楔形透镜，此方法能够满足各种外形、大小的楔形透镜的检测和应用，达到精确度高、测量误差小的要求，并能在应用中对误差进行补偿。

Description

楔形透镜的检测及校正方法

技术领域

本发明涉及光学元件，特别是一种楔形透镜的检测及校正方法。该方法可广泛应用于楔形透镜的加工过程中的透过波面和角度的检测，以及对楔形透镜姿态偏差容许量的检测，特别是针对高精度的楔形透镜，此方法能够满足各种外形、大小的楔形透镜的检测和应用，达到精确度高、测量误差小的要求，并能在应用中对误差进行补偿。

背景技术

楔形透镜是平凸透镜和直角棱镜的组合。关于楔形透镜的检测，最重要的两个检测指标是楔角差和塔差。实际加工的楔形透镜楔角度数与理论设计的楔角度数之差即为楔角差；垂直于光传播方向的面相交的棱在楔形透镜展开后都应该是相互平行的，如果有不平行出现即为楔形透镜的塔差。由于楔形透镜的一面为球面/非球面，另一面为平面，球面/非球面上任何一点都可与对应的球心形成一条光轴，因此不同的光轴会产生效果不同的透过波面，需要通过检测手段来得到较好的透过波面，并加以应用。在楔形透镜的加工过程中，对楔角差和塔差的检测精度要求远高于在光路调试安装过程中的精度要求。

目前，对楔形透镜常用的检测方法是使用三坐标仪或经纬仪。三坐标仪是通过测量透镜表面多点的坐标，经过计算机软件拟合坐标点得出楔形透镜的楔角差和塔差，此方法由于测量点是在透镜的曲面上，测量误差较大，无法满足加工过程中高精度楔形透镜的检测要求。使用经纬仪检测时是将经纬仪放置在检测光路中，测得光路中标准反射镜和楔形透镜斜面的夹角，此方法虽然测量精度好于三坐标仪，但无法分别测出楔角差和塔差的值。以上两种方法均只能适用一般精度的楔形透镜，对于高精度楔形透镜测量，会造成一定的测量误差（包括塔差和楔角差），给加工带来很大的困难。

在工程应用中，楔形透镜由于其特殊的形状，因其位置角度偏差带来的误差对焦斑大小的影响非常大。目前所用的定轴定位方式无法得到楔形透镜姿态偏差容许量，不能很好的解决楔形透镜在工程中调整定轴问题。

发明内容

本发明的目的是要提供一种楔形透镜的检测及校正方法，该方法能对楔形透镜的楔角差和塔差进行精确测量，并当误差在允许范围内时，可通过调整楔形透镜的角度校正透过波面。

本发明的技术解决方案如下：

一种楔形透镜的检测及校正方法，其特点在于该方法包括下列步骤：

①在水平的工作台面上放置4D动态干涉仪，将标准角为θ的标准楔块和待测楔形透镜的斜平面贴合置于4D动态干涉仪的后方，且三者同轴，自准直平行光管放置在垂直于待测楔形透镜斜平面的后方，且偏离待测楔形透镜的中心，建立基准光路；

②调整4D动态干涉仪，使4D动态干涉仪输出的光束平行于所述的工作台面；

③同时调整标准楔块和待测楔形透镜，使其球面顶点的切线和标准楔块的直角面垂直于光路，且其底面均与工作台面平行；

④调整自准直平行光管，使自准直平行光管的光轴垂直于待测楔形透镜的斜平面，所述的自准直平行光管输出的光束与所述的4D动态干涉仪输出的光束的夹角为θ；

⑤在4D动态干涉仪和待测楔形透镜之间插入补偿镜组，在标准楔块和待测楔形透镜的光路后方放置垂直于光路的标准反射镜，建立调试光路；

⑥将4D动态干涉仪设置为测试状态，配上与待测楔形透镜的焦距与通光口径的比值相匹配的球面镜头，精调标准反射镜的二维角度以及微调补偿镜组和待测楔形透镜的距离，使干涉图像置零场位置（零场位置指干涉条纹数最少的位置）；

⑦将补偿镜组移出光路，取走4D动态干涉仪上的球面镜头，重复第③-⑤步；

⑧取走标准楔块，将4D动态干涉仪设置为测试状态，配上与待测楔形透镜的焦距与通光口径的比值相匹配的球面镜头，精调标准反射镜的二维角度，使干涉图像置零场位置（零场位置指干涉条纹数最少的位置），波前检测光路调试完成；

⑨微调待测楔形透镜的俯仰角和方位角，得到接近或达到加工要求的透过波面，同时由自准直平行光管测得待测楔形透镜的斜平面不垂直于自准直平行光管的俯仰和方位的偏差角，即为待测楔形透镜的塔差和楔角差；

⑩在已经得到接近或达到加工要求的透过波面的基础上，微调待测楔形透镜的俯仰角和方位角，使透过波面的变化在光学设计认可的一定范围内测得的俯仰角和方位角的范围，即为楔形透镜姿态偏差容许量。

本发明的技术效果：

本发明检测方法简单有效，可靠性高，测量精度小于5″，在测得楔形透镜的透过波面、楔角差和塔差的同时，还能得到楔形透镜姿态偏差容许量。解决了楔形透镜在加工和工程中调整定轴的问题。

附图说明

图1是本发明基准光路图

图2是本发明调试光路图

图3是本发明波前检测光路图

图中：1－4D动态干涉仪；2－补偿镜组；3－标准楔块；4－待测楔形透镜；5－自准直平行光管；6－标准反射镜；7－球面镜头。

具体实施方式

下面结合实施例和附图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，本实施例中，待测楔形透镜4外形为370mm×370mm的方形，焦距为2200mm,通光口径为340mm×340mm，材料为石英，材料折射率为1.45711，楔角理论值为11°13′，所选择的标准楔块3的尺寸为70mm×70mm，精度小于2″，自准直平行光管5的精度为0.1″，标准平面反射镜6的面型精度的PV=0.1λ。

本发明楔形透镜的检测及校正方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

①在水平的工作台面上放置4D动态干涉仪1，将标准角为θ=11°13′的标准楔块3和待测楔形透镜4的斜平面贴合置于4D动态干涉仪1的后方，且三者同轴，自准直平行光管5放置在垂直于待测楔形透镜4斜平面的后方，且偏离待测楔形透镜4的中心，建立基准光路，如图1所示；

②调整4D动态干涉仪1，设置直径为2mm的细光束输出，使其光路与工作台面平行；

③同时调整标准楔块3和待测楔形透镜4，使其球面顶点的切线和标准楔块3的直角面垂直于光路，且所述的标准楔块3的底面和待测楔形透镜4的底面均与工作台面平行；

④调整自准直平行光管5，使自准直平行光管5的光轴垂直于待测楔形透镜4的斜平面，并得到4D动态干涉仪1和自准直平行光管5的相对位置，自准直平行光管5输出的光线与所述的4D动态干涉仪1输出的光线的夹角为θ=11°13′；

⑤在4D动态干涉仪1和待测楔形透镜4中间插入补偿镜组2，在标准楔块3和待测楔形透镜4的光路后方放置垂直于光路的标准反射镜6，建立调试光路，参见图2；

⑥将4D动态干涉仪1设置为测试状态，配上与待测楔形透镜4的焦距与通光口径的比值相匹配的球面镜头7，此实例中选用球面镜头参数为F5，精调标准反射镜6的二维角度以及微调补偿镜组2和待测楔形透镜4的距离，使4D动态干涉仪上的干涉图像置零场位置，所述的零场位置指干涉条纹数最少的位置；

⑦将补偿镜组2移出光路，取走4D动态干涉仪1上的球面镜头7，重复第步骤③-⑤步；

⑧取走标准楔块3，将4D动态干涉仪1设置为测试状态，配上参数为F5的球面镜头7，精调标准反射镜6的二维角度，使干涉图像置零场位置，零场位置指干涉条纹数最少的位置，波前检测光路调试完成，见图3；

⑨微调待测楔形透镜4的俯仰角和方位角，得到接近或达到加工要求的透过波面，同时由自准直平行光管5测得待测楔形透镜4的斜平面不垂直于自准直平行光管5的俯仰和方位的偏差角，分别为28″和15″，即为待测楔形透镜4的塔差和楔角差；

⑩在已经得到接近或达到加工要求的透过波面的基础上，微调待测楔形透镜4的俯仰角和方位角，使透过波面的变化在光学设计认可的一定范围内测得的俯仰角和方位角的范围，即为楔形透镜姿态偏差容许量。

本实例中，根据实际应用需要，在已测得的塔差28″和楔角差15″的基础上，楔形透镜姿态偏差容许量为±36″。

Claims (1)

1.一种楔形透镜的检测及校正方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

①在水平的工作台面上放置4D动态干涉仪(1)，将标准角为θ的标准楔块(3)和待测楔形透镜(4)的斜平面贴合置于4D动态干涉仪(1)的后方，且三者同轴，自准直平行光管(5)放置在垂直于待测楔形透镜(4)斜平面的后方，且偏离待测楔形透镜(4)的中心，建立基准光路；

②调整所述的4D动态干涉仪(1)，使4D动态干涉仪(1)的输出光束平行于所述的工作台面；

③调整所述的标准楔块(3)和待测楔形透镜(4)，使待测楔形透镜(4)的球面顶点的切线和标准楔块(3)的直角面垂直于所述的4D动态干涉仪(1)的输出光束，且所述的标准楔块(3)的底面和待测楔形透镜(4)的底面均与所述的工作台面平行；

④调整所述的自准直平行光管(5)，使自准直平行光管(5)的输出光束垂直于所述的待测楔形透镜(4)的斜平面，所述的自准直平行光管(5)输出的光束与所述的4D动态干涉仪(1)输出的光束的夹角为θ；

⑤在所述的4D动态干涉仪(1)和待测楔形透镜(4)之间插入补偿镜组(2)，在标准楔块(3)和待测楔形透镜(4)的光路后方放置垂直于光路的标准平面反射镜(6)，建立调试光路；

⑥将所述的4D动态干涉仪(1)设置为测试状态，配上与待测楔形透镜(4)的焦距与通光口径的比值相匹配的球面镜头(7)，精调所述的标准平面反射镜(6)的二维角度，微调所述的补偿镜组(2)和待测楔形透镜(4)的距离，使干涉图像的干涉条纹数最少，即置零场位置；

⑦将所述的补偿镜组(2)移出光路，取走4D动态干涉仪(1)上的球面镜头(7)，重复步骤③～⑤；

⑧取走所述的标准楔块(3)，将4D动态干涉仪(1)设置为测试状态，配上与待测楔形透镜(4)的焦距与通光口径的比值相匹配的球面镜头(7)，精调标准平面反射镜(6)的二维角度，使干涉图像置零场位置，波前检测光路调试完成；

⑨微调待测楔形透镜(4)的俯仰角和方位角，得到接近或达到加工要求的透过波面，同时由自准直平行光管(5)测得待测楔形透镜(4)的斜平面不垂直于自准直平行光管(5)的俯仰和方位的偏差角，即为待测楔形透镜(4)的塔差和楔角差；

⑩在已经得到接近或达到加工要求的透过波面的基础上，微调待测楔形透镜(4)的俯仰角和方位角，使透过波面的变化在光学设计认可的一定范围内，测得的俯仰角和方位角的范围即为楔形透镜姿态偏差容许量。