CN207936924U - 光学元件大曲率半径的比较法测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种光学元件大曲率半径的比较法测量装置，测量用光学元件包括平面激光束发射器、分束镜、透镜、平面反射镜、成像系统和已知标准曲面曲率半径的标准镜，分束镜位于激光束发射器发射的平行激光光路中，分束镜法线方向与激光束成45°角；平面反射镜位于分束镜反射光路中，平面反射镜法线方向与分束镜反射光传播方向逆向平行；透镜位于分束镜的透射光路中，透镜光轴与激光束平行；成像系统位于平面反射镜相对于分束镜中心点的对侧；标准镜位于透镜形成的球面波激光束光路中，其曲面球心可调至与透镜焦点重合。本实用新型能在有限的空间内准确、有效的测量大曲率光学元件的曲率半径，准确度高，结构简单，操作方便。

Description

光学元件大曲率半径的比较法测量装置

技术领域

本实用新型涉及光学元件表面检测技术领域，特别涉及一种光学元件大曲率半径的比较法测量装置。

背景技术

光学元件曲率半径是光学元件表面检测的一个关键性指标。目前常用的检测方法，不论是光学样板法、球径仪方法或接触式轮廓仪法，在曲率半径的测量中有很多局限性，如测量会破坏待测量样品的表面，待测量表面曲率半径不宜过大等。球面干涉仪测量曲率半径不会造成样品表面的损伤，但测量仪器要求光栅尺的尺度要大于待测量曲面的曲率半径。这就使得采用球面干涉仪测量大曲率半径时，不仅需要非常宽阔的测试空间，而且较大试验空间常常会因为空间温度差、气流等因素影响测量结果的准确度。并且，球径仪却无法对小口径准光学元件做测量。

实用新型内容

本实用新型提出一种光学元件大曲率半径的比较法测量装置，能在有限的空间内准确、有效的测量大曲率光学元件的曲率半径，测量过程不损坏待测样品表面，还能够测量小口径光学元件的曲率半径。

本实用新型的技术方案如下：

一种光学元件大曲率半径的比较法测量装置，包括光学平台、安装在光学平台上的光学机械件以及安装在光学机械件上的光学元件，所述光学元件包括平面激光束发射器、分束镜、透镜、平面反射镜、成像系统和已知标准面曲率半径的标准镜，所述分束镜位于激光束发射器发射的平行激光的光路中，分束镜的法线方向与激光束成45°角；所述平面反射镜位于分束镜的反射光路中，平面反射镜的法线方向与分束镜的反射光的传播方向逆向平行；所述透镜位于分束镜的透射光路中，所述透镜的光轴与激光束平行；所述成像系统位于平面反射镜相对于分束镜中心点的对侧；所述标准镜位于透镜形成的球面波激光束的光路中，标准镜的位置能够上下、左右及俯仰调节，标准镜上有曲面，为标准面，曲面球心能够调节至与透镜的焦点重合。

进一步的技术方案，所述待测光学元件的曲率半径为正值时，所述的透镜为正透镜；待测光学元件的曲率半径为负值时，所述的透镜为负透镜。

进一步的技术方案，所述待测光学元件的曲率半径为正值时，所述标准镜为平凸镜，待测光学元件的曲率半径为负值时，所述标准镜为平凹镜。

进一步的技术方案，所述标准镜的曲率半径与待测样品曲率半径的差值不大于待测样品可以移动的空间距离。

本实用新型的有益效果是：使用本实用新型能够采用干涉法测量与标准镜曲率半径差量的方法，计算获得待测样品的曲率半径；能够利用光学干涉法对球面样品做曲率半径测试，因此测量过程中不会损坏待测样品的表面；设有已知曲率半径的标准镜，能够利用与标准镜曲率半径相比较的方法做测量，因此测量大曲率半径光学元件时，无需元件曲率半径尺度大小的测量空间；与球径仪相比，不仅测量精度高，而且能对小口径光学元件做测量。本实用新型测量准确度高，结构简单，操作方便。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例1的结构原理图；

图2为本实用新型实施例2的结构原理图；

在图中：1—分束镜；21—正透镜；22—负透镜；3—反射镜；4—成像系统；5—标准镜；6—待测样品。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型提出的光学元件大曲率半径的比较法测量装置，包括光学平台、安装在光学平台上的光学机械件以及安装在光学机械件上的光学元件，光学元件包括平面激光束发射器、分束镜1、透镜、平面反射镜3、成像系统4和已知标准面曲率半径的标准镜5，光学机械件包括立式光学平台、45°镜架、透镜安装座、反射镜调整架和竖直轨道样品台。平面激光束发射器固定在立式光学平台上近上端，分束镜1固定在45°镜架上，透镜固定安装在透镜安装座上，平面反射镜3固定在反射镜调整架上，标准镜5固定在竖直轨道样品台上。分束镜1位于激光束发射器发射的平行激光的光路中，分束镜1的法线方向与激光束成45°角。平面反射镜3位于分束镜1的反射光路中，平面反射镜3的法线方向与分束镜1的反射光的传播方向逆向平行；透镜位于分束镜1的透射光路中，透镜的光轴与激光束平行；成像系统4位于平面反射镜3相对于分束镜1中心点的对侧；标准镜5位于透镜形成的球面波激光束的光路中，标准镜5的位置能够沿竖直轨道调节，也能够左右和俯仰调节，标准镜5上有曲面，为标准面，曲面球心能够调节至与透镜的焦点重合。待测光学元件的曲率半径为正值时，标准镜5为平凸镜，透镜为正透镜21；待测光学元件的曲率半径为负值时，标准镜5为平凹镜，透镜为负透镜22。

使用本实用新型进行测量时，包括如下步骤：

步骤S1：选定标准镜5，其曲率半径为R，标准镜5的曲率半径与待测样品曲率半径的差值，不大于样品可以移动的空间距离。

步骤S2：在平面波激光束传播的光路中置入分束镜1，分束镜1的法线方向与激光束成45°角。

步骤S3：分束镜1反射光路中，置入平面反射镜3，其法线方向与分束镜1反射光传播方向逆向平行。

步骤S4：在平面反射镜3相对于分束镜1中心点的对侧，置入成像系统4。

实施例1

如图1所示，当待测曲面曲率半径为正值时，透镜为正透镜21标准镜5为平凸镜。然后进行如下步骤：

步骤S51：迎着入射平面波激光束，且位于分束镜1后方的光路中置入一正透镜21，正透镜21的光轴与激光束平行。

正透镜21的焦距为f，f值大于待测光学元件的曲率半径。平面激光束透过正透镜21后，成为球面波激光束，其焦点为O，显然O到正透镜21的距离为f。

步骤S61：将已知曲率半径为R的标准镜5置入球面激光束光路中，确保球面波先到达标准曲面，且其位于正透镜21与焦点O点之间。

步骤S71：调节标准镜5的俯仰和上下、左右位置，使标准镜曲面的球心落在焦点O附近处。

球面激光束到达5的标准曲面后被反射，反射光沿入射光逆向返回，透过正透镜21后，成为近乎平行平面激光束，与原入射光方向相反。返回的近乎平行光束到达分束镜1后，有部分光被反射，投向成像系统4。部分入射平面激光被分束镜1反射后，经过反射镜3反射，透过分束镜1投向成像系统4。两束投向成像系统的反射光束为相干光，成像系统4将得到干涉图样。当标准镜5靠近或远离正透镜21时，将得到不同干涉环数的干涉图样。

步骤S81：微调标准镜5的上下位置，当成像系统4视场范围内全亮时，标记标准镜5曲面最高点的位置为N’。

步骤S91：取下标准镜5，换上待测样品6，向上(或向下)移动待测样品6，当成像系统4视场范围内全亮时，待测样品的曲面最高点位置记为N。定义NN’的距离为b。待测样品曲面的曲率半径为R-b(N’在N上方)，或R+b(N’在N的下方)。

实施例2

如图2所示，当待测曲面曲率半径为负值时，透镜为负透镜22，标准镜5为平凹透镜。然后进行如下步骤：

步骤S52：迎着入射平面波激光束，且位于分束镜1后方的光路中置入一负透镜22，负透镜22的光轴与激光束平行。

负透镜22的焦距为-f，f值小于待测光学元件的曲率半径。平面激光束透过负透镜22后，成为球面波激光束，其焦点为O，显然O到负透镜22的距离为f。

步骤S62：将已知曲率半径为-R的标准镜5置入球面激光束光路中，确保球面波先到达标准曲面，且其位于负透镜22焦点O的另一侧。

步骤S72：调节标准镜5的俯仰和上下、左右位置，使标准镜曲面的球心落在焦点O附近处。

球面激光束到达5的标准曲面后被反射，反射光沿入射光逆向返回，透过负透镜22后，成为近乎平行平面激光束，与原入射光方向相反。返回的近乎平行光束到达分束镜1后，有部分光被反射，投向成像系统4。部分入射平面激光被分束镜1反射后，经过反射镜3反射，透过分束镜1投向成像系统4。两束投向成像系统的反射光束为相干光，成像系统4将得到干涉图样。当标准镜5靠近或远离负透镜22时，将得到不同干涉环数的干涉图样。

步骤S82：微调标准镜5的上下位置，当成像系统4视场范围内全亮时，标记标准镜5曲面最低点的位置为N’。

步骤S92：取下标准镜5，换上待测样品6，向上(或向下)移动待测样品6，当视场范围内全亮时，待测样品的最高点位置记为N。定义NN’的距离为b。待测样品曲面的曲率半径为-(R+b)(N’在N上方)，或-(R-b)(N’在N的下方)。

本实用新型的原理是：利用球面波干涉法确定标准镜5的标准面最高点(或最低点)位置N’点，寻找N’点的方法是，标准镜5的标准面最高点(或最低点)到球面波焦点的距离为R时，成像系统4将得到0级干涉图样，根据干涉图样确定标准面最高点(或最低点)位置N’。利用球面波干涉法确定待测样品6最高点(或最低点)的位置N，寻找N点的方法是，取下标准镜，置入待测样品6，调整待测样品的位置，当成像系统4得到0级干涉图样时，待测样品6的待测面最高点(或最低点)位于N位置。NN’的距离为b，相对于球面波焦点N比N’更远时，待测样品的曲率半径即为R+b，反之为R-b。

本实用新型采用干涉法测量与标准镜曲率半径差量的方法，计算获得待测样品的曲率半径。测量过程中，不会破坏待测样品的表面；在测量大曲率半径光学元件时，无需元件曲率半径尺度大小的测量空间；而且，本实用新型还能够对小口径光学元件做测量。本实用新型准确度高，结构简单，操作方便。

以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (4)

1.一种光学元件大曲率半径的比较法测量装置，其特征在于，包括光学平台、安装在光学平台上的光学机械件以及安装在光学机械件上的光学元件，所述光学元件包括平面激光束发射器、分束镜(1)、透镜、平面反射镜(3)、成像系统(4)和已知标准曲面曲率半径的标准镜(5)，所述分束镜(1)位于激光束发射器发射的平行激光的光路中，分束镜(1)的法线方向与激光束成45°角；所述平面反射镜(3)位于分束镜(1)的反射光路中，平面反射镜(3)的法线方向与分束镜(1)的反射光的传播方向逆向平行；所述透镜位于分束镜(1)的透射光路中，所述透镜的光轴与激光束平行；所述成像系统(4)位于平面反射镜(3)相对于分束镜(1)中心点的对侧；所述标准镜(5)位于透镜形成的球面波激光束的光路中，标准镜(5)的位置能够上下、左右及俯仰调节，标准镜(5)上有曲面，所述曲面为标准面，曲面球心能够调节至与透镜的焦点重合。

2.根据权利要求1所述的光学元件大曲率半径的比较法测量装置，其特征在于，待测光学元件的曲率半径为正值时，所述的透镜为正透镜(21)；待测光学元件的曲率半径为负值时，所述的透镜为负透镜(22)。

3.根据权利要求2所述的光学元件大曲率半径的比较法测量装置，其特征在于，所述待测光学元件的曲率半径为正值时，所述标准镜(5)为平凸镜，待测光学元件的曲率半径为负值时，所述标准镜(5)为平凹镜。

4.根据权利要求1所述的光学元件大曲率半径的比较法测量装置，其特征在于，所述标准镜(5)的曲率半径与待测样品曲率半径的差值不大于待测样品可以移动的空间距离。