[发明专利]用于微小非球面加工的在位测量装置

说明书

技术领域

本发明是一种结构简单的光学三维测量装置，主要用于微小非球面加工的在位测量。

背景技术

采用非球面光学系统，可消除球差、慧差、像散、场曲，减少光能损失，从而获得高质量的图像效果和高品质的光学特性，可广泛应用于各种现代光电子产品、图像处理产品如数码相机、VCD、DVD、电脑、CCD摄像镜头、大屏幕投影电视机及军事、天文和医疗等行业。在非球面光学元件的加工和实验中，对其表面面形的精确测量是至关重要的；从某种意义上说，没有与加工精度相适应的高精度检测方法及仪器，非球面的精密和超精密加工就难以实现。近些年来，人们提出了许多非球面测量技术和装置，但这些技术和装置都存在着或实现条件苛刻、或速度慢、或精度低、或通用性差、或成本过高等缺点，因此迫切需要开发新的简单实用而且操作方便的技术装置来克服以上所述的不足。

在先技术之一(参见“Stylus profiling at high resolution and low force高分辨率、低接触压力的探针轮廓测量技术”，J.F.Song and T.V.Vorburger，Appl.Opt.，30，42-50，1991)采用接触式探针测量出非球面表面各点的三维坐标值，这种测量方法虽然原理简单，但测量效率低，无法实现动态测量，而且探针会对测量表面较软(如塑料)的非球面镜片造成损伤。

在先技术之二(参见“Deep aspheric testing base on phase-shift electronic Moire patterns基于相移电子莫尔条纹的深度非球面检测”，光学精密工程，11(3)：250-255，2003)采用轮廓投影法进行非球面测量，其对环境要求低，但这种方法一般适用于精度要求不高的场合，如显微镜的聚光镜等，当被测非球面精度要求较高时，这种方法无能为力。

在先技术之三(参见《非球面干涉仪零检验的补偿器设计》，伍凡，应用光学，18(2)，10-13.1997)采用零位检测法(Null Compensation)对非球面进行测量，零位检测法根据被测非球面设计出补偿透镜，使得入射到补偿透镜上的平面波或球面波变换成与被测非球面理论形状相同的波形，并与被测非球面的实际波面干涉形成干涉条纹，实现测量，其中补偿器的设计对于补偿干涉法测量非常重要，在测量中，往往根据实际情况设计出不同的补偿器和相应的测量光学系统，通用性很差，相应的成本也非常高，而且测量过程受环境影响大。

在先技术之四(参见Design of a novel hologram for full measurement of large and deep convex aspheric surfaces用于大型深度凸非球面测量的全息干涉法，Hua Liu，Zhenwu Lu，Fengyou Li，and Qiang Sun，Optics Express，15(6)，3120-3126，2007和“Testing large convex aspherical surface with computer generated holography采用技术全息技术实现大型凸非球面曲面的检测”，Chang J，L I F Y，Weng Zh Ch et al.Acta Op tica Sinica，23(10)：1266～1268，2003)介绍了计算全息(CGH)法测量非球面的方法，它是采用非球面镜片的计算全息图代替零位检测法中的补偿器来实现零位干涉测量。采用计算全息法测量非球面的精度一般可达λ/10，但同样存在与补偿干涉法一样的缺点，通用性差。

在先技术之五(参见P.Hariharan et al.，“Measurement of aspheric surface using a micro-computer-controlled radial-shear interferometer采用微计算机控制的径向剪切干涉仪实现非球面曲面测量”，Optica Acta.31(9)，1984)采用径向剪切干涉技术结合相移技术实现非球面面形测量，其相移同样也是采用压电陶瓷(PZT)实现，测量过程需要严格的隔振，因此无法实现普通环境下的测量，同时也很难实现实时动态测量，而且测量过程中很难改变条纹频率以适应不同的被测面形，对带有不连续区域的非球面(如拼接非球面)的测量有没有具体的应对方案。

发明内容