[发明专利]一种基于计算全息的光学元件顶点半径测量的方法和装置

说明书

本发明涉及一种基于计算全息的光学元件顶点半径测量的方法和装置，属于光电技术检测领域。本发明通过一片计算全息同时产生共焦波前和猫眼波前两个共扼波面，同时获取猫眼位置和共焦位置干涉图并测量其面形参数，并根据测量结果求解光学元件半径。本发明采用干涉测量技术，猫眼和共焦位置定位精度高，半径测量精度高。相比于常用的激光干涉测量，本发明由于不需要猫眼位置和共焦位置之间的移动，消除了由于光轴和运动轴之间存在夹角而引入的误差，提高了测量精度。

技术领域

本发明属于先进光学制造与检测领域，具体涉及一种基于计算全息的光学元件顶点半径测量的方法和装置。

背景技术

透镜是光学系统的主要组成部分，光学元件曲率半径是决定光学元件光学特性的重要参数之一，它是加工过程中判断光学元件加工质量的重要指标之一。

球面曲率半径测量方法可归纳为接触式和非接触式两大类，这些测量方法的原理主要归为以下四种：通过测量被测球面矢高间接得到曲率半径，扫描被测球面表面形貌并通过拟合计算得到曲率半径，直接测量被测球面曲率得到曲率半径，以及直接测量被测表面中心位置与球心之间的相对距离得到曲率半径。其中，接触式测量主要有球面样板法、牛顿环法、球径仪法、三坐标测量法、激光跟踪仪法。非接触式测量主要有刀口阴影法、自准直显微镜法、激光干涉测量法、激光差动共焦法等方法。

其中，如图6所示，激光干涉测量法是利用激光干涉测量法测量光学元件曲率半径需要配备干涉仪(如：Fizeau干涉仪)、轴向平移导轨、五维调整架和能记录移动位置的精密测长系统(如：激光测距干涉仪。其基本原理是测量时沿导轨平移被测光学元件，通过观察干涉仪上的干涉条纹确定被测面顶点位置与曲率中心位置，当标准镜头的会聚点与被测面曲率中心重合时，能观察到零条纹；当标准镜头会聚点与被测球面顶点位置重合时，此时反射球面波前相对于入射球面波前发生了翻转，即入射到被测球面上的光线以同一角度反射，此时亦可在视场中观察到零条纹。最后测量两位置之间的相对距离，即可得到被测光学元件的曲率半径。

该方法由于存在两个位置的移动，因此存在测量轴与光轴的夹角引入的阿贝误差和测量系统误差。因此，在此基础上，我们提出了基于计算全息的半径测量方法和装置，该方法由于不存在运动机构，因此可以消除激光干涉测量方法的阿贝误差，提高测量精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于计算全息的光学元件顶点半径测量的装置。本装置基于全息干涉测量光路，无需光学元件移动，通过测量光学元件表面面形计算光学元件半径，消除系统误差提高测量精度。

本发明采用的技术方案为：一种基于计算全息的光学元件顶点半径测量的装置，包括激光干涉仪、计算全息片、被测件、标准镜头；计算全息片分为三个部分：包括全息对准环、猫眼对准环、主测试全息；激光干涉仪发出平行光，然后到达标准镜头，标准镜头将平行光汇聚后一部分在参考面反射，一部分到达计算全息片，计算全息片不同的三个区域产生不同的反射衍射和折射衍射后形成不同的光路：全息对准测量光路、猫眼对准测量光路、主全息测试光路；全息对准测量光路用于精确对准计算全息在光路之中的位置；猫眼对准测量光路用于精确定位被测件在测试光路中的设计位置；主全息测试光路用于测量光学表面面形，并将此测量数据用于计算得到光学元件顶点半径。

其中，全息对准环，用于将计算全息调整到设计的理论位置；猫眼对准环，用于将原本汇聚在镜头焦点位置的聚焦点调整到被测件中心；主测试全息，用于测量被测件面形。

其中，通过对准全息环，将全息调整到设计位置，该位置的条件为，环带光焦度最小。

其中，通过在猫眼对准环，将被测件调整到设计的猫眼位置。

其中，通过主测试全息的测量结果，求出被测件的顶点半径。

一种基于计算全息的光学元件顶点半径测量的方法，该方法包括如下步骤：