專利名稱：基于單色發光二極管面光源的便攜式干涉測量裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及光學元件的干涉測量，是一種基于單色發光二極管(LED)面光源的便攜式干涉測量裝置。可廣泛應用于在光學車間等場合。
背景技術：
自然界中兩束光相干的條件如下(1)兩束光的波長相同，即振動頻率相同；(2)兩束光的相位差不隨時間改變，即有恒定的相位差；(3)兩束光在相遇點有相同的振動方向。在光的干涉理論提出以后，利用光的干涉現象進行光學元件加工質量的檢測方式便已廣泛使用了。
光學干涉計量方法是以光的波長為計量單位的一種高精度、高靈敏度的計量測試方法，是高精度光學測量儀器中常用的重要儀器。測量系統所獲得的干涉條紋是干涉場中光程差相同點的軌跡，待求的參數是通過干涉圖的識別與分析來實現的。在光學車間加工檢驗中，是利用一個標準鏡(或樣板)與待測的光學元件相比來測量的。如在球面透鏡的檢測中，把待測球面與凹凸相反的樣板對貼。通過產生的光圈來檢驗光學元件的表面質量，依靠光圈定性地分析包括曲率是否合乎要求、表面是否有不均勻的缺陷等。這種利用樣板來檢測光學元件質量的系統在光學車間檢驗中有廣泛的應用。先前技術中應用的檢測設備成本高，對檢測環境的要求較高，操作不方便，不容易實現實時檢測。
但在一般的光學粗加工過程中更注重的是要求檢測方便、快速、實用，以便順利完成加工過程中的質量控制。在精度要求相對不高，批量生產的光學元件檢測更是如此。
發明內容
本發明的目的在于提供一種基于單色發光二極管面光源的便攜式干涉測量裝置，以方便地用于批量光學加工過程中的質量控制，實現一定意義上的實時檢測。該測量裝置應具有裝置輕便，成本低廉，適用于批量生產等特點。
本發明的技術解決方案如下一種基于單色發光二極管面光源的便攜式干涉測量裝置，其特征在于包括一單色發光二極管的面光源，自該單色發光二極管面光源沿光路依次是散射板、第一分光板、標準樣板和待檢測元件，在所述的第一分光板由標準鏡的返回光的反射光路上，依次是第二分光板、物鏡和光電探測器，在所述的第二分光板的反射光路上有觀察窗口。
所述的單色發光二極管面光源的構成是一導光板置于一反射板上，在所述的導光板的周圍，貼設有由置于電路基板上的一系列單色發光二極管構成的單色發光二極管側邊條，該電路基板上具有驅動所述的單色發光二極管發光的驅動電路。
所述的導光板是上表面為光潔的通過平面，下表面被磨毛的反光的方形板或圓形板。
所述的導光板為方形板，相應的單色發光二極管側邊條為四根直條，相嵌在所述的方形導光板的四周。
所述的光電探測器為CCD探測器并與一計算機相連。
本發明的技術效果本發明采用單色發光二極管(以下簡稱LED)面光源干涉測量系統，在設計面光源時尤其考慮了均光處理功能；該發明中采用扁平形狀的LED為基本發光光源，設計光照均勻的面光源。用設計的面光源代替先先前技術上采用的普通鈉燈或激光等。相干度Lm=λ2Δλ,]]>其中Δλ為光源的譜線寬度。由于單色LED的發展已經達到了一個很高的程度，具有良好的時間和空間相干性。在應用光源時，采用的是有一定寬度的面光源，因此待測元件與樣板之間產生非定域干涉條紋。在結構布局上通用化設計了易于檢測操作的光路裝置圖；干涉結果的判讀可以人工識別或者采集到計算機進行判讀。
LED價格低廉，體積小，耗電量低，一般來說工作電壓是2～3.6V。這就是說，用它做光源可提高儀器便攜化，并易于實現實時檢測。
用普通LED來設計的面光源時，根據人眼的觀察時對顏色的習慣，選用高亮紅光的LED，還需要一塊與LED寬度匹配的光板，約1cm厚的導光板。為了更好的產生平面光源，要求導光板的一面有很好的光潔度以保證透光好，同時另一面粗砂打磨以保證均勻反射。
在系統整體設計中，以上述LED面光源為單色發光板，射出的平面波經過一個透過散射板，然后出射到待檢測元件和標準樣板上產生干涉條紋，采用人眼直接觀察，或用CCD接收信號送到計算機對干涉條紋可方便地進行判讀。
綜上，本發明的特征是測量系統的光源采用LED設計的面光源，在設計中尤其考慮了均光處理功能；應用面光源的干涉儀的光路中將待測元件置于上方，這給檢測帶來很大便利，通過配備非球面、球面、平面等不同類型和尺寸的標準樣板可用來檢測不同類型的光學元器件，應用廣泛；干涉圖的判讀既可以人工識別定性分析，也可由CCD探測器采集到計算機進行定量判讀。本發明具有裝置輕便，成本低廉，應用廣泛，可批量生成等特點，能方便用于批量光學加工過程中的質量控制中。
圖1是本發明基于單色發光二極管面光源的便攜式干涉測量裝置的光路示意圖。
圖2是本發明裝置的單色發光二極管面光源一個實施例的結構示意圖；(a)為面光源正視圖；(b)局部剖面圖，(c)為電路上并聯式的單色發光二極管側邊條具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明，但不應以此限制本發明的保護范圍。
先請參閱圖1，圖1是本發明基于單色發光二極管面光源的便攜式干涉測量裝置的光路示意圖。由圖可見，本發明基于單色發光二極管面光源的便攜式干涉測量裝置，包括一由單色發光二極管的面光源9，自該單色發光二極管面光源9沿光路依次是散射板10、第一分光板11、標準樣板12和待測元件13，在所述的第一分光板11由標準鏡12的返回光的反射光路上，依次是第二分光板17、物鏡14和光電探測器15，在所述的第二分光板17的反射光路上有觀察闖口16。
所述的單色發光二極管面光源9的構成，如圖2所示一導光板5置于一反射板6上，在所述的導光板5的周圍，貼設有由置于電路基板8上的一系列單色發光二極管7構成的單色發光二極管側邊條1、2、3、4，該電路基板8上具有驅動所述的單色發光二極管7發光的驅動電路。
所述的導光板5是上表面為光潔的通光平面，下表面被磨毛的反光面的方形板或圓形板。圖2中表示的是方形導光板5，相應的單色發光二極管側邊條為四根直條1、2、3、4，相嵌在所述的方形導光板5的四周。圖2(a)俯視圖中所示的LED的四個側邊條1、2、3、4，導光板5；圖(b)剖面圖中所示的反射層6；圖(c)并聯的條狀LED光源，它由扁平形狀的LED燈7和電路基板8構成。
所述的光電探測器15為CCD探測器并與一計算機(圖中未示)相連。
光源的實現方法把單個的LED圖示中的7首先排列成一排，并置于電路基板8上，采用并聯電路的方式把LED用連接起來，工作電壓由常用小型變壓器，其中電壓的值根據采用的LED所需的電壓選定，一般選3V。把做好的四個條裝光源分別是1，2，3和4在導光板5周圍放置。導光板5具有一定厚度，其上表面是光潔面，而下表面粗磨，另外在下表面還有一層反光板或反光層6，這樣使得從側邊射入的光在到下表面后盡可能多的又反射回去。
測量系統的光路基于LED的面光源9射出單色的紅光束。通過漫射板10是為了對入射的面光源進行均光處理。出射的均勻光束經過分光板11到達標準樣板12的上表面和待測元件13的下表面，并在接觸面處產生干涉條紋。返回的干涉條紋圖經第一分光板11反射到第二分光板17處，再經過第二分光板17后一部分干涉圖的光強通過物鏡14由光電探測器CCD15接收，對獲得的干涉圖數字化采集到計算機可方便的進行條紋判讀；另一部分通過第二分光板17轉到16處可直接用肉眼觀察。
權利要求
1.一種基于單色發光二極管面光源的便攜式干涉測量裝置，其特征在于包括一單色發光二極管的面光源(9)，自該單色發光二極管面光源(9)沿光路依次是散射板(10)、第一分光板(11)、標準樣板(12)和待測元件(13)，在所述的第一分光板(11)由標準樣板(12)的返回光的反射光路上，依次是第二分光板(17)、物鏡(14)和光電探測器(15)，在所述的第二分光板(17)的反射光路上有觀察闖口(16)。
2.根據權利要求1所述的基于單色發光二極管面光源的便攜式干涉測量裝置，其特征在于所述的單色發光二極管面光源(9)的構成是一導光板(5)置于一反射板(6)上，在所述的導光板(5)的周圍，貼設有由置于電路基板(8)上的一系列單色發光二極管(7)構成的單色發光二極管側邊條(1、2、3、4)，該電路基板(8)上具有驅動所述的單色發光二極管(7)發光的驅動電路。
3.根據權利要求2所述的基于單色發光二極管面光源的便攜式干涉測量裝置，其特征在于所述的導光板(5)是上表面為光潔的通光平面，下表面被磨毛的反光面的方形板或圓形板。
4.根據權利要求3所述的基于單色發光二極管面光源的便攜式干涉測量裝置，其特征在于所述的導光板(5)為方形板，相應的單色發光二極管側邊條為四根直條(1、2、3、4)，相嵌在所述的方形導光板(5)的四周。
5.根據權利要求1至4所述的基于單色發光二極管面光源的便攜式干涉測量裝置，其特征在于所述的光電探測器(15)為CCD探測器并與一計算機相連。
全文摘要
一種基于單色發光二極管面光源的便攜式干涉測量裝置，包括一單色發光二極管的面光源，自該單色發光二極管面光源沿光路依次是散射板、第一分光板、標準樣板和待檢測元件，在所述的第一分光板由標準鏡的返回光的反射光路上，依次是第二分光板、物鏡和光電探測器，在所述的第二分光板的反射光路上有觀察窗口。本發明的測量結果既可人工識別，又可通過計算機進行判讀。本發明裝置具有裝置輕便、節能、成本低廉、應用廣泛、可批量生成等特點，能方便地應用于批量的光學加工過程中的質量控制。
文檔編號G01M11/02GK1928522SQ20061011657
公開日2007年3月14日 申請日期2006年9月27日 優先權日2006年9月27日
發明者李永國, 朱健強 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所
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