CN105698692A - 透镜厚度检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了透镜厚度检测装置。透镜厚度检测装置，包括基座、探测头、待测台、检测器，探测头和待测台安装在基座上，待测台设于探测头正下方，探测头连接检测器，探测头包括光源，光源设于探测头上方，基座包括焦距调节装置，焦距调节装置连接探测头。光源通过探测头聚焦并将光照射在待测台上的待测镜片上，通过检测镜片的折射反射光的参数，计算并确定镜片厚度。

Description

透镜厚度检测装置

技术领域

本发明涉及光学检测领域，特别涉及透镜厚度检测装置。

背景技术

在光学领域中，透镜的检测具有决定光学效果的重要意义，而透镜的中心厚度的测量是其中的重中之重，对于光刻机物镜、航天相机等领域对透镜的精度要求尤为严格。

现有的测量透镜中心厚度的方法包括接触式测量和非接触式测量两种。

接触式测量，一般使用千分尺或千分表测量。测量透镜时中心厚度往往非常难以对正中心点，速度很慢，而且测量过程中很容易就损害到透镜，导致透镜不可用。

而非接触式测量方法，常用的包括图像测量法、共面电容法、白光共焦法和干涉法等，然而随着现今行业内对精确度、抗干扰性和效率等方面的要求越来越高，这些方法都存在缺陷，无法全部达到要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种抗干扰性强，检测效率高的透镜厚度检测装置。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，透镜厚度检测装置，包括基座、探测头、待测台、检测器，探测头和待测台安装在基座上，待测台设于探测头正下方，探测头连接检测器，检测器包括光源，光源设于探测头上方，基座包括焦距调节装置，焦距调节装置连接探测头。光源通过探测头聚焦并将光照射在待测台上的待测镜片上，通过检测镜片的折射反射光的参数，计算并确定镜片厚度。

在一些实施方式中，探测头通过光纤连接光源和检测器。通过光纤连接光源和检测器，方便光传递，速度快，抗干扰强。

在一些实施方式中，待测台设有移动台，所述移动台连接待测台和基座。设置移动台，方便调节待测台位置，与探测头对准中心。

在一些实施方式中，焦距调节装置为滚珠丝杠。采用滚珠丝杠，将螺母的转动力，转换为上下直线的移动力，调节探测头与待测台的距离，来完成焦距的调整。

在一些实施方式中，移动台包括两个方向垂直的调节螺杆和调节螺母，调节螺杆和调节螺母配合。通过两个方向垂直的调节螺杆和调节螺母的配合，完成移动台XY轴的移动调整，移动台带动待测台，使得待测镜片与探测头完成中心校对。

在一些实施方式中，检测器连接客户端，客户端为电脑或手机。将检测器与电脑连接，通过电脑数据分析，成像和计算结果。

本发明的有益效果为：本发明透镜厚度检测装置，通过探测头对透镜反射光的的检测，精准测量透镜厚度，并具有强抗干扰能力。

附图说明

图1为本发明透镜厚度检测装置的结构示意图；

图2为本发明平凹透镜的厚度测量原理示意图；

图3为本发明客户端显示的光谱波长分析示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

如图1所示，透镜厚度检测装置，基座1、探测头2、待测台3、检测器4，探测头2和待测台3安装在基座1上，待测台3设于探测头2正下方，探测头2连接检测器4，检测器4包括光源41，基座1包括焦距调节装置11，焦距调节装置11连接探测头2。

探测头2通过光纤连接光源41和检测器4。光源41采用LED白色光灯。

待测台3设有移动台31，移动台31连接待测台3和基座1。设置移动台31，方便调节待测台3位置，与探测头2对准中心。

焦距调节装置11为滚珠丝杠。采用滚珠丝杠，将螺母的转动力，转换为上下直线的移动力，调节探测头2与待测台3的距离，来完成焦距的调整。

移动台31包括两个方向垂直的调节螺杆和调节螺母，调节螺杆和调节螺母配合。通过两个方向垂直的调节螺杆和调节螺母的配合，完成移动台31XY轴的移动调整，移动台31带动待测台3，使得待测镜片与探测头2完成中心校对。

光源通过探测头2聚焦并将光照射在待测台3上的待测镜片上，通过检测镜片的折射反射光的参数，计算并确定镜片厚度。厚度计算公式推导如下：

图2、3中，凸面的曲率半径为R，厚度为D，经过测试在光谱获得波长λ1和λ2现峰值，分别对应图中两束自准直光线，其中λ1对应第一面自准直，λ2经过第一个面折射后对第二个面实现自准直，根据折射定律以及图中所形成的几何三角关系有以下推导。

在三角形OAB中，利用正弦定律有：

$\frac{OB}{sin\∠OAB}=\frac{OA}{{\mathrm{sin\θ}}_2}\⇒\∠OAB=\arcsin \left(\frac{OB}{OA}{\mathrm{sin\θ}}_2\right)=\arcsin \left(\frac{R+D_0}{R}{\mathrm{sin\θ}}_2\right)---\left(1\right)$

波长λ2入射角和∠OAB互补，所以有：

$a=\mathrm{\π}-\∠OAB=\mathrm{\π}-\arcsin \left(\frac{R+D_0}{R}{\mathrm{sin\θ}}_2\right)---\left(2\right)$

根据折射定律以及图中简单的三角关系可以推出：

${\mathrm{\θ}}_4=a-b=a-\arcsin \frac{\sin a}{n\left({\mathrm{\λ}}_2\right)}---\left(3\right)$

θ5＝a-θ2,θ3＝θ2-θ4

在三角形OAB中，有

$AB=\frac{{\mathrm{sin\θ}}_5\·R}{{\mathrm{sin\θ}}_2}=\frac{sin(a-{\mathrm{\θ}}_2)\·R}{{\mathrm{sin\θ}}_2}---\left(4\right)$

在三角形ABC中，利用正弦定律有：

$BC=\frac{AB\·{\mathrm{sin\θ}}_4}{{\mathrm{sin\θ}}_3}---\left(5\right)$

所以待测零件的厚度为：(一并代入公式1，2，3，4，5)

$\begin{array}{c}D=D_0+BC=D_0+\frac{\frac{\sin (a-{\mathrm{\θ}}_2)\·R}{{\mathrm{sin\θ}}_2}\×\sin (a-\arcsin (\frac{\sin a}{n\left({\mathrm{\λ}}_2\right)}\left)\right)}{\sin ({\mathrm{\θ}}_2-a+\arcsin (\frac{\sin a}{n\left({\mathrm{\λ}}_2\right)}\left)\right)}\\ =D_0+\frac{\frac{\sin \[\arcsin \left(\frac{R+D_0}{R}{\mathrm{sin\θ}}_2\right)-{\mathrm{\θ}}_2\]\·R}{{\mathrm{sin\θ}}_2}\×\sin \[\arcsin (\frac{R+D_0}{R}{\mathrm{sin\θ}}_2-\arcsin (\frac{\sin \left(\arcsin \right(\frac{R+D_0}{R}{\mathrm{sin\θ}}_2\left)\right)}{n\left({\mathrm{\λ}}_2\right)})\]}{\sin \[{\mathrm{\θ}}_2-\arcsin \left(\frac{R+D_0}{R}{\mathrm{sin\θ}}_2\right)+\arcsin \left(\frac{\sin (\mathrm{\π}-\arcsin (\frac{R+D_0}{R}{\mathrm{sin\θ}}_2\left)\right)}{n\left({\mathrm{\λ}}_2\right)}\right)\]}\\ =D_0+R\frac{\frac{\sin \[\arcsin \left(\frac{R+D_0}{R}{\mathrm{sin\θ}}_2\right)-{\mathrm{\θ}}_2\]}{{\mathrm{sin\θ}}_2}\×\sin \[\arcsin \left(\frac{R+D_0}{R}{\mathrm{sin\θ}}_2\right)-\arcsin \left(\frac{R+D_0}{R\×n\left({\mathrm{\λ}}_2\right)}{\mathrm{sin\θ}}_2\right)\]}{\sin \[{\mathrm{\θ}}_2-\arcsin \left(\frac{R+D_0}{R}{\mathrm{sin\θ}}_2\right)+\arcsin (\frac{R+D_0}{R\×n\left({\mathrm{\λ}}_2\right)}{\mathrm{sin\θ}}_2\]}\end{array}$

公式中可以看出，待测零件的厚度和四个量有关，分别是θ2、R和D0以及待测光学玻璃在波长λ2处的折射率。其中，θ2和D0和探测头2的设计相关，可以从获得的光谱曲线上，对应峰值波长处的λ1和λ2确定；R是待测零件的曲率(需要已知)；n(λ2)可以查已有的材料库获得。因此，通过以上的运算可以获得待测零件的几何厚度，这些运算可以在通过检测器4连接电脑，并在电脑内计算。

实施例2

如图1所示，透镜厚度检测装置，基座1、探测头2、待测台3、检测器4，探测头2和待测台3安装在基座1上，待测台3设于探测头2正下方，探测头2连接检测器4，检测器4包括光源41，基座1包括焦距调节装置11，焦距调节装置11连接探测头2。

探测头2通过光纤连接光源41和检测器4。光源41采用氙气灯。

待测台3设有移动台31，移动台31连接待测台3和基座1。设置移动台31，方便调节待测台3位置，与探测头2对准中心。

焦距调节装置11为滚珠丝杠。采用滚珠丝杠，将螺母的转动力，转换为上下直线的移动力，调节探测头2与待测台3的距离，来完成焦距的调整。

移动台31包括两个方向垂直的调节螺杆和调节螺母，调节螺杆和调节螺母配合。通过两个方向垂直的调节螺杆和调节螺母的配合，完成移动台31XY轴的移动调整，移动台31带动待测台3，使得待测镜片与探测头2完成中心校对。

镜片被探测头2发出的白光光源照射，反射光分别为两个表面的距离测量信号。根据被测物体的光学特性,便可获得样本的物理厚度数值。由于使用的是光信号,测量的结果不受被测物体机械振动或环境的影响。厚度测量采用白光作为光源,因此被测样本必须能被白光穿透。拥有大接收角的探头(最大45度)，能够在粗糙的表面上或当探头不能与测量面保持垂直的情况下测量。

本发明透镜厚度检测装置，还可以检测镀膜后的镜片，采用光衍射法分别检测镀膜后的镜片厚度和裸镜片的镜片厚度，通过计算可以得到薄膜的厚度。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.透镜厚度检测装置，其特征在于，包括基座(1)、探测头(2)、待测台(3)、检测器(4)，所述探测头(2)和待测台(3)安装在基座(1)上，所述待测台(3)设于探测头(2)正下方，所述探测头(2)连接检测器(4)，所述检测器(4)包括光源(41)，所述光源(41)通过光纤连接探测头(2)，所述基座(1)包括焦距调节装置(11)，所述焦距调节装置(11)连接探测头(2)。

2.根据权利要求1所述的透镜厚度检测装置，其特征在于，所述探测头(2)通过光纤连接光源(41)和检测器(4)。

3.根据权利要求1所述的透镜厚度检测装置，其特征在于，所述待测台(3)设有移动台(31)，所述移动台(31)连接待测台(3)和基座(1)。

4.根据权利要求1所述的透镜厚度检测装置，其特征在于，所述焦距调节装置(11)为滚珠丝杠。

5.根据权利要求3所述的透镜厚度检测装置，其特征在于，所述移动台(31)包括两个方向垂直的调节螺杆和调节螺母，所述调节螺杆和调节螺母配合。

6.根据权利要求1所述的透镜厚度检测装置，其特征在于，所述检测器(4)连接客户端，所述客户端为电脑或手机。

7.根据权利要求1所述的透镜厚度检测装置，其特征在于，所述光源(41)为白光，光源(41)为卤素，氙气或LED。