一种非接触光学元件中心厚度测量装置及测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学测量技术领域，具体涉及一种非接触光学元件中心厚度测量装置及测量方法。
【背景技术】
[0002]在光学测量领域中，光学元件的三项基本参数是中心厚度、折射率和曲率半径。其中光学元件中心厚度加工的误差是影响光学系统成像质量的重要因素，而其加工是否满足精度要求，则需要高精度的仪器对其进行检测，尤其对具有高质量要求的光学镜头来说，其中心厚度有更精确的要求，从而需要更精确的测定。
[0003]目前，光学元件中心厚度测量方法可分为接触式和非接触式两大类。接触式测量方法有两个缺点:一是容易划伤光学元件，破坏表面光洁度；二是测头与光学元件频繁接触，会因测头磨损而影响测量精度。非接触式测量方法有共面电容法、图像法、共焦法和干涉法等。采用共面电容法测量前需要根据被测透镜的材料对共面电容测头进行精确测试，以取得可靠的数据作为检测依据，测量过程较为复杂；图像法由于受摄像机成像系统、CCD分辨力、图像清晰程度和标定系数精确度等的影响，测量误差较大;共焦法主要是利用被测透镜上下表面反射回来的光谱信息计算透镜的厚度，实际中很难准确获得被测透镜在不同波长处的折射率，一般在测定被测透镜某几个特定波长折射率的基础上通过插值计算获得测量所用光谱的折射率，测量误差较大。现有干涉法理论上具有更高的测量精度，但实际测量时需要精确知道被测透镜材料的折射率，难以提高其测量精度。
【发明内容】
[0004]为了解决现有光学元件中心厚度测量方法存在的误差大、测量过程复杂的问题，本发明提供一种非接触光学元件中心厚度测量装置及测量方法。
[0005]本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下:
[0006]本发明的一种非接触光学元件中心厚度测量装置，包括:平面镜调整台、安装在平面镜调整台上的上光学平板、光学元件调整台、安装在光学元件调整台上的被测光学元件、下光学平板、镜面定位仪；
[0007]通过调整平面镜调整台和光学元件调整台使上光学平板、被测光学元件和下光学平板相互平行；
[0008]通过镜面定位仪测量上光学平板下表面与下光学平板上表面之间的距离dl、上光学平板下表面与被测光学元件上表面中心的距离d2以及下光学平板上表面与被测光学元件下表面中心的距离d3。
[0009]进一步的，所述被测光学元件为平面、球面或非球面。
[0010]进一步的，所述上光学平板和下光学平板均采用透明材料制成。
[0011]进一步的，所述透明材料为融石英、K9或微晶。
[0012]进一步的，所述镜面定位仪发出的光经过上光学平板、被测光学元件和下光学平板时分别能够被上光学平板、被测光学元件和上光学平板反射回镜面定位仪。
[0013]进一步的，所述被测光学元件的中心厚度dS卩为d = dl-d2-d3。
[0014]本发明还提供了一种非接触光学元件中心厚度测量方法，包括以下步骤:
[0015]步骤一、安装上光学平板和下光学平板，上光学平板安装在平面镜调整台上，调整上光学平板和下光学平板使两者之间相互平行；
[0016]步骤二、将镜面定位仪放置于下光学平板下侧，利用镜面定位仪测量上光学平板下表面与下光学平板上表面之间的距离dl;
[0017]步骤三、将被测光学元件安装在光学元件调整台上，将被测光学元件连同光学元件调整台放置在上光学平板和下光学平板之间，通过调整平面镜调整台和光学元件调整台使得上光学平板、被测光学元件和下光学平板三者之间相互平行，利用镜面定位仪测量上光学平板下表面与被测光学元件上表面中心的距离d2以及下光学平板上表面与被测光学元件下表面中心的距离d3;
[0018]步骤四、计算被测光学元件的中心厚度dS卩为d = dl-d2_d3。
[0019]本发明的有益效果是:本发明提出的一种通过干涉法测量被测光学元件中心厚度的方法原理如下:在被测光学元件的上面及下面均放置一块光学平板，将两块光学平板与被测光学元件调平行，利用镜面定位仪测量上光学平板下表面与下光学平板上表面之间的距离dl，然后将需要测量的光学元件放置在上光学平板与下光学平板之间，测量上光学平板下表面与被测光学元件上表面中心的距离d2以及下光学平板上表面与被测光学元件下表面中心的距离d3，被测光学元件的中心厚度dS卩为d = dl-d2-d3。
[0020]本发明的非接触光学元件中心厚度测量方法在无需知道被测光学元件材料折射率情况下就可以对被测光学元件中心厚度进行非接触、高精度、快速测量，具有快速、简单、检测不确定度高等优点，可用于测量平面、球面以及各种非球面光学元件的中心厚度。
【附图说明】
[0021]图1为本发明的非接触光学元件中心厚度测量装置的结构示意图。
[0022]图2为本发明的非接触光学元件中心厚度测量方法的流程图。
[0023]图中:1、上光学平板，2、平面镜调整台，3、被测光学元件，4、光学元件调整台，5、下光学平板，6、镜面定位仪。
【具体实施方式】
[0024]以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0025]如图1所示，本发明的一种非接触光学元件中心厚度测量装置，主要包括:上光学平板1、平面镜调整台2、被测光学元件3、光学元件调整台4、下光学平板5和镜面定位仪6。
[0026]上光学平板I安装在平面镜调整台2上，被测光学元件3安装在光学元件调整台4上。平面镜调整台2和光学元件调整台4分别用于调整上光学平板I和被测光学元件3，使得上光学平板1、被测光学元件3和下光学平板5三者之间相互平行，并使得镜面定位仪6发出的光经过上光学平板1、被测光学元件3和下光学平板5时分别能够被上光学平板1、被测光学元件3和下光学平板5反射回镜面定位仪6。
[0027]镜面定位仪6用于测量上光学平板I下表面与下光学平板5上表面之间的距离dl、上光学平板I下表面与被测光学元件3上表面中心的距离d2以及下光学平板5上表面与被测光学元件3下表面中心的距离d3。被测光学元件3的中心厚度d即为d = dl-d2-d3。
[0028]如图2所示，本发明的一种非接触光学元件中心厚度测量方法，具体步骤如下:
[0029]步骤一、安装上光学平板I和下光学平板5，上光学平板I安装在平面镜调整台2上，调整上光学平板I和下光学平板5使两者之间相互平行。
[0030]步骤二、将镜面定位仪6放置于下光学平板5下侧，利用镜面定位仪6测量上光学平板I下表面与下光学平板5上表面之间的距离dl，dl = 160.2092mm。
[0031]步骤三、将被测光学元件3安装在光学元件调整台4上，将被测光学元件3连同光学元件调整台4放置在上光学平板I和下光学平板5之间，通过调整平面镜调整台2和光学元件调整台4使得上光学平板1、被测光学元件3和下光学平板5三者之间相互平行，利用镜面定位仪6测量上光学平板I下表面与被测光学元件3上表面中心的距离d2以及下光学平板5上表面与被测光学元件3下表面中心的距离d3，d2 = 80.1458mm，d3 = 71.9922mm。
[0032]步骤四、计算被测光学元件3的中心厚度(1即为(1 = (11-(12-(13 = 8.07121111]1。
[0033]本实施方式中，被测光学元件3可以是平面、球面、非球面等各种形状的光学元件。
[0034]本实施方式中，上光学平板I和下光学平板5的材料可以选用各种透明材料制成，如融石英、K9、微晶等。
[0035]将被检光学元件3送去计量院进行检测，检测结果为中心厚度=8.0707mm，两种检测方法的检测结果相差0.5um，由此证明本发明的非接触光学元件中心厚度测量方法具有较高的检测精度。
【主权项】
1.一种非接触光学元件中心厚度测量装置，其特征在于，包括:平面镜调整台(2)、安装在平面镜调整台(2)上的上光学平板(I)、光学元件调整台(4)、安装在光学元件调整台(4)上的被测光学元件(3)、下光学平板(5)、镜面定位仪(6); 通过调整平面镜调整台(2)和光学元件调整台(4)使上光学平板(I)、被测光学元件(3)和下光学平板(5)相互平行； 通过镜面定位仪(6)测量上光学平板(I)下表面与下光学平板(5)上表面之间的距离dl、上光学平板(I)下表面与被测光学元件(3)上表面中心的距离d2以及下光学平板(5)上表面与被测光学元件(3)下表面中心的距离d3。2.根据权利要求1所述的一种非接触光学元件中心厚度测量装置，其特征在于，所述被测光学元件(3)为平面、球面或非球面。3.根据权利要求1所述的一种非接触光学元件中心厚度测量装置，其特征在于，所述上光学平板(I)和下光学平板(5)均采用透明材料制成。4.根据权利要求3所述的一种非接触光学元件中心厚度测量装置，其特征在于，所述透明材料为融石英、K9或微晶。5.根据权利要求1所述的一种非接触光学元件中心厚度测量装置，其特征在于，所述镜面定位仪(6)发出的光经过上光学平板(1)、被测光学元件(3)和下光学平板(5)时分别能够被上光学平板(I)、被测光学元件(3)和下光学平板(5)反射回镜面定位仪(6)。6.根据权利要求1所述的一种非接触光学元件中心厚度测量装置，其特征在于，所述被测光学元件(3)的中心厚度dS卩为d = dl-d2-d3。7.如权利要求1所述的一种非接触光学元件中心厚度测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一、安装上光学平板(I)和下光学平板(5)，上光学平板(I)安装在平面镜调整台(2)上，调整上光学平板(I)和下光学平板(5)使两者之间相互平行； 步骤二、将镜面定位仪(6)放置于下光学平板(5)下侧，利用镜面定位仪(6)测量上光学平板(I)下表面与下光学平板(5)上表面之间的距离dl; 步骤三、将被测光学元件(3)安装在光学元件调整台(4)上，将被测光学元件(3)连同光学元件调整台(4)放置在上光学平板(I)和下光学平板(5)之间，通过调整平面镜调整台(2)和光学元件调整台(4)使得上光学平板(1)、被测光学元件(3)和下光学平板(5)三者之间相互平行，利用镜面定位仪(6)测量上光学平板(I)下表面与被测光学元件(3)上表面中心的距离d2以及下光学平板(5)上表面与被测光学元件(3)下表面中心的距离d3; 步骤四、计算被测光学元件(3)的中心厚度dS卩为d = dl-d2_d3。
【专利摘要】一种非接触光学元件中心厚度测量装置及测量方法，涉及光学测量领域，解决了现有测量方法存在的误差大、测量过程复杂的问题。该方法为：在被测光学元件上面及下面均放置一块光学平板，将两块光学平板与被测光学元件调平行，利用镜面定位仪测量上光学平板下表面与下光学平板上表面之间的距离d1，然后将需要测量的光学元件放置在上光学平板与下光学平板之间，测量上光学平板下表面与被测光学元件上表面中心的距离d2以及下光学平板上表面与被测光学元件下表面中心的距离d3，被测光学元件的中心厚度d即为d＝d1-d2-d3。本发明可在无需知道被测光学元件材料折射率情况下就能对被测光学元件中心厚度进行非接触测量，具有快速、简单、精度高等优点。
【IPC分类】G01B11/06
【公开号】CN105571499
【申请号】CN201510962259
【发明人】刘钰, 苗亮, 张文龙, 马冬梅, 金春水
【申请人】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2015年12月21日