一種離軸橢球面鏡的檢測裝置制造方法
【專利摘要】一種離軸橢球面鏡的檢測裝置，由斐索干涉儀及其標準球面鏡、五維調整架、補償小球及其三維調整架組成，標準球面鏡是所述的斐索干涉儀的光束輸出窗口，所述的五維調整架的頂面固定一基座，在該基座的一端固定所述的三維調整架，另一端供待測離軸橢球面鏡擺放，所述的斐索干涉儀位于所述的基座擺放待測離軸橢球面鏡的正上方。本實用新型能夠快速定位被測離軸橢球面，提高檢測離軸橢球面的效率，從而提高了生產效率，降低了檢測成本，實現了對各種離軸橢球面的檢測，彌補了現有技術中的空白。
【專利說明】一種離軸橢球面鏡的檢測裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及光學檢測【技術領域】，特別是一種基于斐索干涉儀的離軸橢球面鏡的檢測裝置及其檢測方法。
【背景技術】
[0002]光學元件的傳統檢測方法與技術已沿用了數十年。光學檢測涉及被測元件材料、口徑、種類以及測試技術、儀器和設備等。被測元件的種類繁多，包括有平行平板、球面、非球面、自由曲面、衍射光柵、錐鏡、柱面透鏡等，非球面中有特殊的非球面如拋物面、橢球面、雙曲面和除此以外的其它非球面。光學檢測中常用的主要儀器可分為干涉儀類、表面輪廓儀類、MTF測試儀類、精密球徑儀類、焦距與偏心測試儀器類及其它儀器等。
[0003]國內外都在研制和發展各自的先進儀器。國內以南京理工大學和成都太科公司為代表的干涉儀制造廠家，各類數字式干涉儀的產品口徑有Φ25_?Φ600_;進口以美國Zygo公司為代表的從口徑4"?32"的各類干涉儀；Zygo公司以3D干涉顯微鏡為基本原理發展的非接觸式表面輪廓儀，從早期的Maxim3D5700到現代最新的Zemapper System等；英國Tayloy-Hobson觸針式輪廓儀；滿足實際需求的三坐標測量儀、4D干涉儀等。
[0004]然而，在光學檢測儀器和技術應用上，仍存在很多問題和不足。目前，尚未有關于離軸橢球面快速檢測的方法或裝置?，F有檢測儀器如Zygo干涉儀、牛頓干涉儀、4D干涉儀、Tayloy-Hobson等均無法直接檢測離軸橢球面。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的是以克服目前對離軸橢球面進行檢測的調整困難，提供一種基于斐索干涉儀的離軸橢球面檢測裝置及其檢測方法。
[0006]本實用新型的技術解決方案如下:
[0007]—種離軸橢球面鏡的檢測裝置，其特點在于，該裝置由斐索干涉儀及其標準球面鏡、五維調整架、補償小球及其三維調整架組成，標準球面鏡是所述的斐索干涉儀的光束輸出窗口，所述的五維調整架的頂面固定一基座，在該基座的一端固定所述的三維調整架，另一端供待測離軸橢球面鏡擺放，所述的斐索干涉儀位于所述的基座擺放待測離軸橢球面鏡的正上方。
[0008]所述的三維調整架具有X、Y、Z三維，所述的五維調整架具有X、Y、Z、Tip&Tilt五維。
[0009]所述的待測離軸橢球面鏡為凹面鏡。
[0010]一種利用所述的離軸橢球面鏡的檢測裝置檢測待測離軸橢球面鏡的方法，其特點在于，該方法包括下列步驟:
[0011]①根據待測離軸橢球面鏡的設計尺寸，按照圖6中所示，計算Θ 1，Θ I可根據已知的L1、L2、L3由三角公式求得00可根據標準球面鏡的已知參數RO和DO求得。根據S1SQ0的原則選擇選擇最接近于Θ i所對應的標準球面鏡安裝到所述的斐索干涉儀上，標準球面鏡的選擇以最大限度利用斐索干涉儀的出射光能，即確保斐索干涉儀的出射光全部照射在該待測離軸橢球面鏡上；
[0012]②將待測離軸橢球面鏡固定在基座上，調整五維調整架使基座的上表面處于水平，開啟所述的斐索干涉儀，該斐索干涉儀發出的光束經所述的標準球面鏡全部照射在基座上的待測離軸橢球面鏡；
[0013]③調整五維調整架的高度，使斐索干涉儀發出的光束經所述的待測離軸橢球面鏡后聚焦，該焦點即為待測離軸橢球面鏡的焦點F2，此時所述的斐索干涉儀輸出的球面波的焦點位于待測離軸橢球面鏡的另一個焦點Fl ；
[0014]④通過對三維調整架的調整使補償小球置于待測離軸橢球面鏡的焦點F2的位置上；
[0015]⑤所述的斐索干涉儀即得到待測離軸橢球面鏡的面型。
[0016]與現有技術相比，本實用新型的有益效果是能夠快速定位被測離軸橢球面，提高檢測離軸橢球面的效率，從而提高了生產效率，降低了檢測成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型離軸橢球面鏡的檢測裝置的結構示意圖。
[0018]圖2是本實用新型離軸橢球面鏡的檢測裝置的光路圖。
[0019]圖3是補償小球及其三維調整架和待測離軸橢球面鏡的正視圖。
[0020]圖4是五維調整架的側視圖。
[0021]圖5是被測離軸橢球面的三視圖，Ca)為正視圖，(b)為右視圖，(C)為俯視圖。
[0022]圖6是選擇標準球面鏡的計算示意圖。
[0023]圖中:1 一斐索干涉儀，2—斐索干涉儀用標準球面鏡，3—待測離軸橢圓面鏡，4一補償小球，5—補償小球的三維調整架，6—待測離軸橢球面鏡的五維調整架7—斐索干涉儀發出的平行單色光，8—經標準球面鏡透射的光線，9 一經待測離軸橢圓面鏡反射的光線，10—經補償小球反射的光線，11 一經待測離軸橢圓面鏡再次反射的光線，12—經標準球面鏡表面折射回干涉儀的光線，A—標準球面鏡的內反射面，A’ 一標準球面鏡的外表面，B-待測離軸橢圓面鏡。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明，但不應以此限制本實用新型的保護范圍。
[0025]請先參閱圖1，圖1是本實用新型離軸橢球面鏡的檢測裝置的結構示意圖，如圖所示，一種離軸橢球面鏡的檢測裝置，由斐索干涉儀I及其標準球面鏡2、五維調整架6、補償小球4及其三維調整架5組成，標準球面鏡2是所述的斐索干涉儀I的光束輸出窗口，所述的五維調整架6的頂面固定一基座，在該基座的一端固定所述的三維調整架5，另一端供待測離軸橢球面鏡3擺放，所述的斐索干涉儀I位于所述的基座擺放待測離軸橢球面鏡的正上方。
[0026]1、斐索干涉儀:用一個經過很好校正的物鏡準直從針孔發出的光。在準直物鏡與針孔(空間濾波器)之間放置一個分光鏡，以便從側面觀察干涉條紋。斐索干涉儀發出的光為平行單色光。
[0027]根據待測離軸橢球面鏡的設計尺寸，按照圖6中所示，計算光線入射到被測離軸橢球面的最大立體角Θ I的度數，Θ I可根據已知的L1、L2、L3由三角公式求得，其中LI為待測離軸橢球面鏡的焦點F2到待測離軸橢球面鏡一投影邊緣的距離，L2為待測離軸橢球面鏡的焦點F2到待測離軸橢球面鏡另一投影邊緣的距離，L3為兩投影邊緣的間距。標準球面鏡出射的最大出射立體角00的度數，可根據已知參數標準球面鏡的曲率半徑RO和出
射光線的最大直徑DO求得。根椐的原則選擇選擇最接近于Q1所對應的標準球面
鏡安裝到所述的斐索干涉儀上，標準球面鏡的選擇以最大限度利用干涉儀的出射光能，即確保出射光全部照射在待測離軸橢圓面鏡上。
[0028]2、集成的待測離軸橢圓面鏡、三維調整架及五維調整架。
[0029]圖2是本實用新型離軸橢球面鏡的檢測裝置的光路圖，標準球面鏡的內反射A面作為參考球面，待測離軸橢圓面B作為待測球面。根據待測離軸橢圓面鏡兩個焦點之間的距離確定補償小球與待測離軸橢圓面鏡的相對位置，并通過對三維調整架和五維調整架的反復調整以找到補償小球的位置，使其位于待測離軸橢球面鏡的另一個焦點F2上。
[0030]標準球面鏡的內表面A面作為參考球面，其面型精度是小于λ /10，B面是經單點金剛車石車床加工而成的離軸橢球面作為被測面。本實用新型裝置光路圖如圖2所示。斐索干涉儀發出的平行單色光7入射到標準透射球面后，一部分光被參考球面內表面A反射，該反射光線攜帶標準球面波信息。另一部分光經參考球面A透射(稱為光線8)后匯聚到焦點Fl后發散入射到待測離軸橢球面B。根據橢圓面的光學性質:點光源Fl發出的光線經橢球面后匯聚于橢球面的另一焦點F2，在F2點的位置上放置補償小球，小球的面型精度小于λ /10。光線經待測離軸橢球面鏡反射(稱為光線9)匯聚成的焦點與小球的球心點重合，光線經過小球球面按原路反射(稱為光線10)回到待測離軸橢球面，再次經過橢球面反射(稱為光線11)匯聚于焦點Flj^Fl后發散投射到標準球面鏡的外表面Α’，經Α’面折射(稱為光線12)回到干涉儀中。平行單色光7經參考球面內表面A的反射光線與光線12滿足頻率相同、振動方向一致、相位差`恒定三個條件，從而發生干涉現象，產生干涉條紋。通過斐索干涉儀觀察干涉條紋并對干涉條紋進行分析從而得出離軸橢球面表面的面型測量結果。[0031 ] 斐索干涉儀是一種比較常用的等厚干涉儀，主要用于檢驗平面或球面面型。單色光源所發出的光被透鏡會聚在圓孔光闌上，光闌位于準直物鏡的焦平面上。從準直物鏡出射的平行光束，在帶有楔度的參考平面的下平面和被測平面的上平面反射回來，再通過準直物鏡和物鏡在目鏡的焦平面上形成圓孔光闌的小孔的兩個像。調整被測零件所在的工作臺，使兩個像重合。如果用望遠放大鏡代替目鏡，就可以在被測平面看到等厚干涉條紋。利用上述斐索干涉儀的工作原理，在本實用新型裝置中，平行單色光7經參考球面內表面A的反射光線與光線12發生相干疊加，產生干涉條紋，并在斐索干涉儀中觀察干涉條紋，由斐索干涉儀分析得出面型測量結果。斐索干涉儀具有個測量鍵，點擊測量鍵可以得到面型的結果。
【權利要求】
1.一種離軸橢球面鏡的檢測裝置，其特征在于，該裝置由斐索干涉儀(I)及其標準球面鏡(2)、五維調整架(6)、補償小球(4)及其三維調整架(5)組成，標準球面鏡(2)是所述的斐索干涉儀(I)的光束輸出窗口，所述的五維調整架(6)的頂面固定一基座，在該基座的一端固定所述的三維調整架(5)，另一端供待測離軸橢球面鏡(3)擺放，所述的斐索干涉儀(I)位于所述的基座擺放待測離軸橢球面鏡的正上方。
【文檔編號】G01B11/24GK203443554SQ201320573778
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年9月16日 優先權日:2013年9月16日
【發明者】施麗敏, 趙劍敏, 顧亞平, 魏向榮 申請人:上?，F代先進超精密制造中心有限公司
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