一種橢球鏡面形檢測裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種橢球鏡面形檢測裝置，包括：橢球鏡；變焦單元，所述變焦單元對圓環(huán)光進(jìn)行縮放，并將所述圓環(huán)光聚焦在所述橢球鏡的近焦點處；光屏，所述光屏開孔位置在所述橢球鏡的遠(yuǎn)焦點處。本實用新型具有檢測效率高、系統(tǒng)成本低、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、檢測結(jié)果直觀等優(yōu)點。
【專利說明】一種橢球鏡面形檢測裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及光學(xué)檢測領(lǐng)域，特別涉及一種橢球鏡面形檢測裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 橢球鏡是光散射法PM2. 5監(jiān)測儀光學(xué)系統(tǒng)中重要的結(jié)構(gòu)部件，橢球鏡面形的檢測 對光路的調(diào)試以及光學(xué)性能的好壞有重要作用。
[0003] 目前檢測橢球鏡面形的常見方法有兩種，分別如下：
[0004] 1、條紋投影法：
[0005] 如圖1所示，計算機(jī)101產(chǎn)生的模擬干涉條紋通過投影儀102投射至待測物體103 的表面，采用相移技術(shù)對被測物體103的表面進(jìn)行測量，CCD104接收待測物體103表面返 回的信息形成條紋圖，并將條紋圖反饋至計算機(jī)101。計算機(jī)101對條紋圖數(shù)據(jù)進(jìn)行處理， 如經(jīng)過壓包相位、展開相位等對條紋圖的相位進(jìn)行重建，通過預(yù)先標(biāo)定的系統(tǒng)參數(shù)，最終得 到被測物體面形圖105。
[0006] 2、干涉法：
[0007] 如圖2所示，激光器111發(fā)射出激光，通過濾波器112進(jìn)行空間濾波，經(jīng)擴(kuò)束鏡113 放大，再通過分光棱鏡114、反射鏡115、準(zhǔn)直物鏡116、壓電陶瓷堆117和聚焦透鏡118到達(dá) 被測物體119,攜帶非球面面形信息的光束從非球面鏡反射回來，再次通過聚焦透鏡118入 射到分光棱鏡114上，進(jìn)入分光單元1110。光束在分光單元1110中形成檢測光與參考光的 干涉：即光束先經(jīng)過偏振片入射到第一光學(xué)平板的前表面，被分成兩束，再從第二光學(xué)平板 出來時相遇形成徑向剪切，然后再經(jīng)分束光柵分成四束，并通過1/4波片變成圓偏振光，通 過偏振片組合后各自形成干涉，產(chǎn)生4幅干涉條紋。干涉條紋依次通過成像透鏡1111、變焦 透鏡1112、反射鏡1113、輔助成像透鏡1114、CXD攝像機(jī)1115后輸出干涉條紋圖樣1116。
[0008] 以上檢測方法均能夠?qū)崿F(xiàn)橢球鏡面形的檢測，但還存在以下不足：
[0009] 1、檢測結(jié)果不直觀
[0010] 在上述兩種方法中，攜帶橢球鏡面形的圖樣均需要通過相應(yīng)的器件進(jìn)行解調(diào)或重 建才能顯示出來，不能直觀的實時的被實驗者觀察到；
[0011] 2、檢測過程復(fù)雜、效率低、系統(tǒng)成本高
[0012] 為使圖像解調(diào)或重建及系統(tǒng)參數(shù)的預(yù)先標(biāo)定等過程均引入了較多的物理器件或 軟件程序，使得檢測過程復(fù)雜、效率低；同時系統(tǒng)成本較高。 實用新型內(nèi)容
[0013] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本實用新型提供了檢測效率高、成本低、系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)簡單的橢球鏡面形檢測裝置。
[0014] 為實現(xiàn)上述實用新型目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案：
[0015] -種橢球鏡面形檢測裝置，包括：
[0016] 橢球鏡；
[0017] 變焦單元，所述變焦單元對圓環(huán)光進(jìn)行縮放，并將所述圓環(huán)光聚焦在所述橢球鏡 的近焦點處；
[0018] 光屏，所述光屏開孔位置在所述橢球鏡的遠(yuǎn)焦點處。
[0019] 優(yōu)選地，所述光屏上的開孔孔徑為1mm。
[0020] 進(jìn)一步，所述橢球鏡面形檢測裝置還包括光學(xué)變換單元，平行光照射在所述光學(xué) 變換單元上形成的圓環(huán)光照射在所述變焦單元上。
[0021] 進(jìn)一步，所述光學(xué)變換單元包括軸棱錐。
[0022] 作為優(yōu)選，所述軸棱錐包括正軸棱錐和負(fù)軸棱錐，所述正軸棱錐的放置位置比所 述負(fù)軸棱錐更靠近所述橢球鏡。
[0023] 進(jìn)一步，所述橢球鏡面形檢測裝置還包括光發(fā)射單元，所述光發(fā)射單元包括光源 模塊，所述光源模塊包括單色光源和準(zhǔn)直鏡，所述準(zhǔn)直鏡將所述單色光源發(fā)出的光準(zhǔn)直為 平行光照射在光學(xué)變換單元上。
[0024] 作為優(yōu)選，所述光發(fā)射單元包括合束鏡和兩組光源模塊，所述兩組光源模塊的單 色光源發(fā)射不同波長的光，兩個單色光源發(fā)出的光經(jīng)相應(yīng)準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直后經(jīng)合束鏡合為一 束。
[0025] 進(jìn)一步，所述兩組光源模塊分別設(shè)置在合束鏡的同側(cè)或異側(cè)。
[0026] 進(jìn)一步，所述變焦單元包括機(jī)械補(bǔ)償模塊和光學(xué)補(bǔ)償模塊；機(jī)械補(bǔ)償模塊由變倍 透鏡組和補(bǔ)償透鏡組兩部分組成；機(jī)械補(bǔ)償模塊的透鏡中空，機(jī)械補(bǔ)償模塊用于對紅光變 焦，機(jī)械補(bǔ)償模塊的透鏡的中空部分用于通過綠光；光學(xué)補(bǔ)償模塊由補(bǔ)償透鏡組組成，光學(xué) 補(bǔ)償模塊用于接收機(jī)械補(bǔ)償模塊透鏡組中空部分通過的光，并對綠光變焦。
[0027] 進(jìn)一步，所述變焦單元還包括固定透鏡組，所述固定透鏡組包括兩個凸透鏡，分別 設(shè)置在機(jī)械補(bǔ)償模塊和光學(xué)補(bǔ)償模塊的外側(cè)。
[0028] 作為優(yōu)選，所述橢球鏡面形檢測裝置還包括設(shè)置在所述橢球鏡近焦點處的光闌。
[0029] 本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：
[0030] 1、檢測效率高
[0031] 采用變焦單元，對投射在橢球鏡表面的圓環(huán)進(jìn)行交替式放大或縮小，以完成對橢 球鏡表面的掃描；通過針孔用肉眼直接觀察橢球鏡表面的光斑形狀，很快就可判斷出橢球 鏡面形的情況，檢測效率高。
[0032] 2、系統(tǒng)成本低
[0033] 所用光學(xué)元件簡單，未采用精密的光電設(shè)備，降低了成本。
[0034] 3、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、檢測結(jié)果直觀
[0035] 未采用電子設(shè)備和光信息處理設(shè)備，光路系統(tǒng)簡單，且單獨使用光學(xué)系統(tǒng)對橢球 鏡鏡面進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果直接用肉眼觀察，直觀、便捷，大大降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0036] 圖1為【背景技術(shù)】中條紋投影法的原理圖；
[0037] 圖2為【背景技術(shù)】中干涉法的原理圖；
[0038] 圖3為實施例2中橢球鏡面形檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039] 圖4為實施例2中橢球鏡面形檢測裝置焦點位置關(guān)系圖；
[0040] 圖5為實施例2中光學(xué)變換單元中的軸棱錐結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041] 圖6為實施例2中變焦系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0042] 實施例1
[0043] -種橢球鏡面形檢測裝置，包括：
[0044] 橢球鏡；
[0045] 變焦單元，所述變焦單元對圓環(huán)光進(jìn)行縮放，并將所述圓環(huán)光聚焦在所述橢球鏡 的近焦點處，并繼續(xù)發(fā)散照射在橢球鏡面上；
[0046] 光屏，所述光屏開孔位置在所述橢球鏡的遠(yuǎn)焦點處。
[0047] 優(yōu)選地，所述光屏上的開孔孔徑為1mm。
[0048] 從聚焦在橢球鏡近焦點處的光出射后照射在橢球鏡面上后，攜帶橢球鏡面形信息 的光會經(jīng)過橢球鏡的遠(yuǎn)焦點，故，在橢球鏡的遠(yuǎn)焦點處放置光屏，觀察者觀察光屏，可清晰 的看到橢球鏡面形情況，即根據(jù)光屏上圓環(huán)光斑的亮暗判斷橢球鏡面的加工是否符合設(shè)計 要求：若看到明亮的圓環(huán)光斑，表明橢球鏡面形加工符合設(shè)計要求；若看到灰暗的圓環(huán)光 斑，表明橢球鏡面形加工偏離原設(shè)計要求。
[0049] 因用于觀察用的光線接收系統(tǒng)光屏等的分辨率限制，采用圓環(huán)光對橢球鏡表面進(jìn) 行逐次掃描可以對檢測面有較高的分辨率，如采用實心光斑會引起不同檢測表面反射光之 間的重合造成誤檢。
[0050] 為獲得圓環(huán)光，進(jìn)一步，所述橢球鏡面形檢測裝置還包括光學(xué)變換單元，平行光照 射在所述光學(xué)變換單元上形成的圓環(huán)光照射在所述變焦單元上。
[0051] 進(jìn)一步，所述光學(xué)變換單元包括軸棱錐；所述光學(xué)變換單元可以包括一個正軸棱 錐或一個負(fù)軸棱錐或兩個以上正、負(fù)軸棱錐的組合；
[0052] 作為優(yōu)選，所述軸棱錐包括正軸棱錐和負(fù)軸棱錐，所述正軸棱錐的放置位置比所 述負(fù)軸棱錐更靠近所述橢球鏡。此時，形成的圓環(huán)光為雙圓環(huán)。
[0053] 通過調(diào)節(jié)正、負(fù)軸棱錐之間的距離，使得出射的雙圓環(huán)光束的半徑達(dá)到一個比較 大的值，以最外層圓環(huán)能夠覆蓋被檢橢球鏡最外層邊緣為宜，且雙圓環(huán)之間不重疊。
[0054] 為獲得平行光，進(jìn)一步，所述橢球鏡面形檢測裝置還包括光發(fā)射單元，所述光發(fā)射 單元包括光源模塊，所述光源模塊包括單色光源和準(zhǔn)直鏡，所述準(zhǔn)直鏡將所述單色光源發(fā) 出的光準(zhǔn)直為平行光照射在光學(xué)變換單元上。
[0055] 由于軸棱錐對不同的波長會有色散作用，為了只產(chǎn)生一個圓環(huán)或為提高檢測效率 產(chǎn)生兩個圓環(huán)，所以采用單色光或采用經(jīng)過綠光和紅光合束后平行入射于軸棱錐后的色散 作用進(jìn)行分離產(chǎn)生，且單色光源可以區(qū)別于自然光，眼睛對紅綠色敏感，便于觀測。
[0056] 所述平行光可以是單色光，也可以是復(fù)色光，即當(dāng)所述平行光是單色光時，則所述 光源模塊包括一個單色光源和與其相應(yīng)的準(zhǔn)直鏡，如所述單色光源是紅光光源或綠光光源 等可見光單色光源；當(dāng)所述平行光是復(fù)色光時，則，所述光源模塊包括兩個以上發(fā)射不同波 長光的單色光源及分別與相應(yīng)波長的單色光源對應(yīng)的準(zhǔn)直鏡，此時，不同的單色光源發(fā)出 的光經(jīng)相應(yīng)準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直后需要經(jīng)過合束鏡合為一束后再照射在光學(xué)變換單元上；
[0057] 光學(xué)變換單元要求光線必須平行于光軸方向入射，所以要將光線利用合束鏡調(diào)整 到光軸方向上。
[0058] 作為優(yōu)選，所述光發(fā)射單元包括合束鏡和兩組光源模塊，所述兩組光源模塊的單 色光源發(fā)射不同波長的光，兩個單色光源發(fā)出的光經(jīng)相應(yīng)準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直后經(jīng)合束鏡合為一 束。優(yōu)選的，所述兩組光源模塊的單色光源分別為紅光光源、綠光光源。合束鏡要求準(zhǔn)直后 的激光以45度角入射，且合束鏡是反射紅光透射綠光，即對532nm綠光穿透率大于95 %，對 650nm紅光反射率大于95 %。
[0059] 為了使不同的單色光源發(fā)出的光經(jīng)相應(yīng)準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直后能夠合為一束，不同的單色 光源及其相應(yīng)的準(zhǔn)直鏡可以根據(jù)反射或折射情況設(shè)置在合束鏡的同側(cè)或異側(cè)。
[0060] 進(jìn)一步，所述兩組光源模塊分別設(shè)置在合束鏡的同側(cè)或異側(cè)。
[0061] 光源模塊發(fā)出的平行光照射在光學(xué)變換模塊上成為圓環(huán)光后被聚焦到橢球鏡的 近焦點后再發(fā)散照射到橢球鏡面上，為使從橢球鏡近焦點發(fā)散的光能夠照射在橢球鏡面上 以進(jìn)行橢球鏡面形的檢測，進(jìn)一步，所述變焦單元還用于調(diào)節(jié)光束焦距，所述變焦單元包括 機(jī)械補(bǔ)償模塊和光學(xué)補(bǔ)償模塊；所述變焦單元包括機(jī)械補(bǔ)償模塊和光學(xué)補(bǔ)償模塊；機(jī)械補(bǔ) 償模塊由變倍透鏡組和補(bǔ)償透鏡組兩部分組成，光學(xué)補(bǔ)償模塊由補(bǔ)償透鏡組組成；所述變 倍透鏡組為一個凸透鏡，所述補(bǔ)償透鏡組為兩個凹透鏡；且機(jī)械補(bǔ)償模塊的透鏡中空；機(jī) 械補(bǔ)償模塊用于對紅光變焦，機(jī)械補(bǔ)償模塊的透鏡的中空部分用于通過綠光；光學(xué)補(bǔ)償模 塊用于接收機(jī)械補(bǔ)償模塊透鏡組中空部分通過的光，并對綠光變焦。
[0062] 進(jìn)一步，所述變焦單元還包括固定透鏡組，所述固定透鏡組包括兩個凸透鏡，分別 設(shè)置在機(jī)械補(bǔ)償模塊和光學(xué)補(bǔ)償模塊的外側(cè)。
[0063] 水平移動變焦單元的機(jī)械補(bǔ)償模塊或光學(xué)補(bǔ)償模塊，其中光學(xué)補(bǔ)償模塊做幅度較 大的線性運動，機(jī)械補(bǔ)償模塊做幅度較小的非線性運動，以達(dá)到對圓環(huán)半徑的放大或縮小， 且焦距最好保持在一個較大的數(shù)值，即焦距最好在7 - 12cm范圍內(nèi)，以防光學(xué)系統(tǒng)擋住被 檢橢球鏡表面反射光線的傳播；
[0064] 本實用新型中被檢橢球鏡的近焦點距離橢球鏡頂點為5cm，遠(yuǎn)焦點距離為9cm，所 以紅光的焦距可以取為l〇cm，綠光的焦距可以取為8cm。
[0065] 變焦單元能夠保持聚焦后的焦點始終在被檢橢球鏡的近焦點處，同時，還能對圓 環(huán)光進(jìn)行縮放，使得照射在橢球鏡面上的圓環(huán)對橢球鏡面進(jìn)行掃描。
[0066] 當(dāng)所述光發(fā)射單元包括兩組光源模塊時，通過調(diào)節(jié)變焦單元，將其中一種單色光 作為檢測光及另一種單色光的標(biāo)記，對另一種單色光進(jìn)行縮放改變對橢球鏡面形的掃描范 圍。通過調(diào)節(jié)使兩種單色光交替對橢球鏡面進(jìn)行掃描，可以達(dá)到無重復(fù)或無遺漏且較快地 檢測整個橢球鏡面形的目的。
[0067] 作為優(yōu)選，所述橢球鏡面形檢測裝置還包括設(shè)置在所述橢球鏡近焦點處的光闌。 該光闌為孔徑光闌，作用是為了限制入射光束的邊緣光線。
[0068] 實施例2
[0069] 本實施例是實施例1的應(yīng)用例。
[0070] 請參閱圖3、圖4,本實施例的橢球鏡面形檢測裝置包括：
[0071 ] 1、光發(fā)射單元1，所述光發(fā)射單元1包括合束鏡10和兩組光源模塊，兩組光源模塊 分別設(shè)置在合束鏡10的兩側(cè)，其中一個光源模塊包括單色光源11和準(zhǔn)直鏡12,另一個光源 模塊包括單色光源13和準(zhǔn)直鏡14,其中，單色光源11為紅光LD，單色光源13為綠光LD ; 所述兩組光源模塊的單色光源發(fā)射不同波長的光，經(jīng)相應(yīng)準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直為平行光經(jīng)合束鏡10 合為一束照射在光學(xué)變換單元2上。
[0072] 2、光學(xué)變換單元2,經(jīng)合束鏡10合為一束后的平行光照射在所述光學(xué)變換單元2 上；所述光學(xué)變換單元2包括軸棱錐；所述軸棱錐包括正軸棱錐21和負(fù)軸棱錐22,所述正 軸棱錐21的放置位置比所述負(fù)軸棱錐22更靠近橢球鏡5 ;通過調(diào)節(jié)正軸棱錐21、負(fù)軸棱錐 22之間的距離，使得出射的圓環(huán)光束的半徑達(dá)到一個比較大的值，以最外層圓環(huán)能夠覆蓋 被檢橢球鏡5最外層邊緣為宜。
[0073] 本實施例中，請參閱圖5,經(jīng)光學(xué)變換單元后出射的圓環(huán)光的內(nèi)半徑與軸棱錐系統(tǒng) 參數(shù)之間的定量關(guān)系為

【權(quán)利要求】
1. 一種楠球鏡面形檢測裝置，包括： 楠球鏡； 變焦單元，所述變焦單元對圓環(huán)光進(jìn)行縮放，并將所述圓環(huán)光聚焦在所述楠球鏡的近 焦點處； 光屏，所述光屏開孔位置在所述楠球鏡的遠(yuǎn)焦點處。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的楠球鏡面形檢測裝置，其特征在于：所述楠球鏡面形檢測裝 置還包括光學(xué)變換單元，平行光照射在所述光學(xué)變換單元上形成的圓環(huán)光照射在所述變焦 單元上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的楠球鏡面形檢測裝置，其特征在于：所述光學(xué)變換單元包括 軸棱錐。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的楠球鏡面形檢測裝置，其特征在于：所述軸棱錐包括正軸棱 錐和負(fù)軸棱錐，所述正軸棱錐的放置位置比所述負(fù)軸棱錐更靠近所述楠球鏡。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的楠球鏡面形檢測裝置，其特征在于：所述楠球鏡面形檢測裝 置還包括光發(fā)射單元，所述光發(fā)射單元包括光源模塊，所述光源模塊包括單色光源和準(zhǔn)直 鏡，所述準(zhǔn)直鏡將所述單色光源發(fā)出的光準(zhǔn)直為平行光照射在光學(xué)變換單元上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的楠球鏡面形檢測裝置，其特征在于：所述光發(fā)射單元包括合 束鏡和兩組光源模塊，所述兩組光源模塊的單色光源發(fā)射不同波長的光，兩個單色光源發(fā) 出的光經(jīng)相應(yīng)準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直后經(jīng)合束鏡合為一束。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的楠球鏡面形檢測裝置，其特征在于：所述兩組光源模塊分別 設(shè)置在合束鏡的同側(cè)或異側(cè)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的楠球鏡面形檢測裝置，其特征在于：所述變焦單元包括機(jī)械 補(bǔ)償模塊和光學(xué)補(bǔ)償模塊；機(jī)械補(bǔ)償模塊由變倍透鏡組和補(bǔ)償透鏡組兩部分組成；機(jī)械補(bǔ) 償模塊的透鏡中空，機(jī)械補(bǔ)償模塊用于對紅光變焦，機(jī)械補(bǔ)償模塊的透鏡的中空部分用于 通過綠光；光學(xué)補(bǔ)償模塊由補(bǔ)償透鏡組組成，光學(xué)補(bǔ)償模塊用于接收機(jī)械補(bǔ)償模塊透鏡組 中空部分通過的光，并對綠光變焦。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1?8任一所述的楠球鏡面形檢測裝置，其特征在于；所述楠球鏡面 形檢測裝置還包括設(shè)置在所述楠球鏡近焦點處的光闊。
【文檔編號】G01B11/24GK204228121SQ201420746042
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月9日
【發(fā)明者】劉輝 申請人:無錫中科光電技術(shù)有限公司