一種高精度高次非球面透鏡偏心測定系統及方法技術方案

本發明專利技術提供一種高精度高次非球面透鏡偏心測定系統及方法，包括相移干涉儀、干涉儀調整架、被測非球面透鏡、透鏡支架、透鏡調整架、對心器、精密旋轉軸系、對心器調整架、直線導軌及計算機系統，被測非球面透鏡固定在透鏡支架上，支架固定在透鏡調整架上，透鏡調整架放置在直線導軌上；對心器固定在精密旋轉軸系上，精密旋轉軸系安裝在對心器調整架上并放置在直線導軌上；相移干涉儀放置在干涉儀調整架上并固定在直線導軌中間，用干涉儀測得被測非球面透鏡上非球面的面形數據，從面形數據中提取出多個同心圓形環帶上的數據，根據各環帶面形數據的最大、最小值以及相應的相位信息計算出該非球面的頂點位置，進而可以算出該非球面透鏡的偏心大小。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于先進光學制造與檢測領域，涉及光學檢測系統，特別涉及。
技術介紹
高次非球面透鏡在成像系統、投影系統、空間相機等領域得到了越來越廣泛的應用。相比傳統的球面透鏡，非球面透鏡的偏心在透鏡加工完成后就固定不變，而且不能通過后期的裝調過程來消除，因此對非球面透鏡偏心的高精度定量檢測就顯得尤為重要，其是 恒量一個非球面透鏡是否達到設計指標的重要參數之一。現有的非球面透鏡偏心測量方法主要分為接觸式測量和非接觸式測量兩類。其中接觸式測量有等厚儀測量、接觸式位移傳感器測量等，只能用于透鏡加工前期的測量，在透鏡加工后期有破壞鏡面的危險，而且測量精度低；非接觸式測量有光束透射測量、光束反射測量、非接觸位移傳感器測量等，其可用于透鏡加工后期的偏心測量。光束透射測量法(HankH. Karow. Fabrication Methods for PrecisionOptics, Wiley, 540, 2004.)和光束反射測量法(杭凌俠，中國專利“CN 201096611Y”)的測量精度均受限于光束的光斑尺寸以及探測器的空間分辨率，非接觸位移傳感器測量法(泉田豐，中國專利“CN1420339A”)的測量精度主要受限于位移傳感器的測量精度，目前最高精度的是TRI0PTICS公司采用的光譜共焦位移傳感器，其位移測量精度為50nm，對于非球面度比較小的高次非球面來說其精度還不夠滿足要求。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題克服現有非球面透鏡偏心測量技術的不足，提出一種基于干涉儀和對心器的高精度高次非球面偏心測定系統及方法，該系統運用對心器找出基準軸，利用干涉儀高精度面形測量的優點來測量非球面透鏡的偏心。該系統可以有效地解決非球面度比較小的高次非球面透鏡的偏心測量問題。本專利技術系統結構簡單、檢測成本低。本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案一種高精度高次非球面透鏡偏心測定系統，該測定系統包括相移干涉儀、干涉儀調整架、被測非球面透鏡、透鏡支架、透鏡調整架、對心器、精密旋轉軸系、對心器調整架、直線導軌以及計算機系統。其中計算機系統與相移干涉儀和對心器相連，相移干涉儀放置干涉儀調整架上并固定在直線導軌中間，對心器安裝在精密旋轉軸系上，精密旋轉軸系固定在對心器調整架上，對心器調整架放置在直線導軌上并可自由滑動。先通過對心器觀察相移干涉儀第一片透鏡的球心像，并通過調節干涉儀調整架和對心器調整架使相移干涉儀的光軸與對心器的光軸同軸并平行于直線導軌。然后將被測非球面透鏡安裝在透鏡支架上、透鏡支架固定在透鏡調整架上，將透鏡調整架放置在直線導軌上并可自由滑動，在保證相移干涉儀和對心器的光軸不動的情況下，通過對心器觀察被測非球面透鏡的兩光學面近軸球心像，并通過調節透鏡調整架使被測非球面透鏡的兩光學面近軸球心像均在對對心器的光軸上。最后利用相移干涉儀測量被測非球面透鏡的非球面面形數據，由安裝在計算機系統上的數據處理軟件對所測得的數據進行處理，得到被測非球面透鏡的偏心信息。其中，采用相移干涉儀和對心器來共同完成非球面偏心的測量。其中，被測非球面透鏡和對心器均放置在兩個直線導軌上并可自由移動。其中，對心器可以與計算機相連以便實時顯示對心結果，也可以不與計算機相連直接用人眼觀察對心器。該檢測系統中若被測非球面透鏡的非球面度過大，不能一次測量得整個面形數據時可以測量多個環帶的面形信息。該檢測系統不僅能測一面為非球面的透鏡，也能測兩面均為非球面的透鏡。在測量兩面均為非球面的透鏡時，需要翻轉透鏡進行測量。 該檢測系統在測量過程中，當干涉儀在測量非球面的面形時，被測透鏡只能沿導軌滑動，不能調節平移或傾斜以免基準軸發生偏離。一種高精度高次非球面透鏡偏心測定系統另外提供根據上述的高精度高次非球面透鏡偏心測定系統的高精度高次非球面透鏡偏心測定的方法，包括如下步驟步驟1，調整對心器和干涉儀，使得兩者的光軸重合并與兩個直線導軌平行；步驟2，放入被測非球面透鏡，并將非球面透鏡兩光學面的球心像調整到對心器的光軸上；步驟3，通過干涉儀測量被測非球面透鏡上非球面的面形數據；步驟4，運用非球面偏心數據處理軟件處理測得的面形數據，得到被測非球面的偏心信息。本專利技術與現有技術相比的優點在于(I)、本專利技術的系統中使用干涉儀來測量非球面的面形信息，代替了傳統的位移傳感器，干涉儀測量面形信息的精度更高。(2)、本專利技術的系統中使用干涉儀一次測量即可獲得整個非球面的面形信息或多次測量獲得多個環帶的面形信息，而不止是非球面上某一環帶的面形信息，其測量所得的信息量更大，計算結果更可靠。(3)、本專利技術的系統在測量非球面的面形信息時被測透鏡保持不動，不需要旋轉，因此可以避免旋轉機構造成的測量誤差。附圖說明圖I為系統構成示意圖；圖2為對心器和干涉儀對心的示意圖；圖3為測量系統數據處理流程圖。圖中1一相移干涉儀、2—干涉儀調整架、3—被測非球面透鏡、4一透鏡支架、5—透鏡調整架、6—對心器、7—精密旋轉軸系、8—對心器調整架、9和10—直線導軌、11 一計算機系統。具體實施方式下面結合附圖及具體實施方法詳細介紹本專利技術。參見圖1，圖中所示為一種高精度高次非球面透鏡偏心測定系統，該系統包括相移干涉儀I、干涉儀調整架2、被測非球面透鏡3、透鏡支架4、透鏡調整架5、對心器6、精密旋轉軸系7、對心器調整架8、直線導軌9和10、以及計算機系統11。其中計算機系統11與相移干涉儀I和對心器6相連，相移干涉儀I放置干涉儀調整架2上并固定在直線導軌9和10的中間，對心器6安裝在精密旋轉軸系7上，精密旋轉軸系7固定在對心器調整架8上并放置在直線導軌9和10上。被測非球面透鏡3安裝在透鏡支架4上、透鏡支架4固定在透鏡調整架5上并放置在直線導軌9和10上。通過對心器6將相移干涉儀I的光軸和被測非球面透鏡3的兩光學面球心像調節到同軸后，利用相移干涉儀I測量被測非球面透鏡3的非球面面形數據，由安裝在計算機系統11上的數據處理軟件對所測得的數據進行處理，得到被測非球面透鏡3的偏心信息。透鏡調整架5可為四維透鏡調整架。對心器調整架8可為二維對心器調整架。本專利技術系統的工作過程及檢測步驟如下·第一步如圖2所示，先將干涉儀I放置在干涉儀調整架2上，并放置在導軌9和10的中間，然后將對心器6安裝在精密旋轉軸系7上并固定在調整架8上，再將其放置在導軌9和10上，最后將對心器6與計算機系統11相連。沿導軌移動調整架8，通過對心器6觀察干涉儀I透鏡前、后表面的球心像，通過反復調節調整架2和調整架8使兩球心像均在對心器6的回轉軸上。第二步如圖I所示，將被測非球面透鏡3的非球面朝上固定在透鏡支架4上，然后將透鏡支架4安裝到透鏡調整架5上并放置在導軌9和10上。沿導軌移動調整架8或調整架5，通過對心器6觀察被測非球面透鏡3的兩光學面的球心像，通過反復調節調整架5使兩球心像均在對心器6的回轉軸上。第三步沿導軌移動調整架5，使被測非球面透鏡3位于其非球面最接近球的共焦位置，利用計算機系統11控制干涉儀I采集被測非球面透鏡3的非球面面形數據。第四步如圖3所示，通過安裝在計算機系統11上的數據處理軟件提取面形數據中圓心在圖像中心的圓環上的面形數據，計算圓環面形數據的最大值、最小值和相位值。由最大、最小值可以計算出非球面頂點偏離基準軸的大小；由相位值可以計算本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高精度高次非球面透鏡偏心測定系統，其特征在于：該測定系統包括相移干涉儀（1）、干涉儀調整架（2）、被測非球面透鏡（3）、透鏡支架（4）、透鏡調整架（5）、對心器（6）、精密旋轉軸系（7）、對心器調整架（8）、兩個直線導軌（9、10）、以及計算機系統（11），其中計算機系統（11）與相移干涉儀（1）和對心器（6）相連，相移干涉儀（1）放置干涉儀調整架（2）上并固定在兩個直線導軌（9、10）的中間，對心器（6）安裝在精密旋轉軸系（7）上，精密旋轉軸系（7）固定在對心器調整架（8）上，對心器調整架（8）放置在兩個直線導軌（9、10）上并可自由滑動，先通過對心器（5）觀察相移干涉儀第一片透鏡的球心像，并通過調節干涉儀調整架（2）和對心器調整架（8）使相移干涉儀（1）的光軸與對心器（6）的光軸同軸并平行于兩個直線導軌，然后將被測非球面透鏡（3）安裝在透鏡支架（4）上、透鏡支架（4）固定在透鏡調整架（5）上，將透鏡調整架（5）放置在兩個直線導軌（9、10）上并可自由滑動，在保證相移干涉儀（1）和對心器（6）的光軸不動的情況下，通過對心器（6）觀察被測非球面透鏡（3）的兩光學面近軸球心像，并通過調節透鏡調整架（5）使被測非球面透鏡（3）的兩光學面近軸球心像均在對對心器（6）的光軸上，最后利用相移干涉儀（1）測量被測非球面透鏡（3）的非球面面形數據，由安裝在計算機系統（11）上的數據處理軟件對所測得的數據進行處理，得到被測非球面透鏡（3）的偏心信息。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉海濤，曾志革，伍凡，范斌，萬勇建，侯溪，
申請(專利權)人：中國科學院光電技術研究所，
類型：發明
國別省市：