镜面定位仪的原理及应用

2026-01-05 13:25

光学仪器生产中,光学系统的装校,特别是物镜的装校直接影响光学仪器成像质量和性能,是非常关键的工艺。

物镜的装校过程主要有三个方面的要求:

(1) 校正每个面的偏心误差;

(2) 保证透镜中心厚度及空气间隔;

(3) 在安装牢固的前提下,保证镜面不变形。

其中,如果透镜中心厚度及空气间隔不能严格控制,会带来球差、色差,并会影响焦距、倍率等,严重影响物镜的成像质量。因此,透镜中心厚度及空气间隔的测量和控制是物镜生产的关键工艺之一。

在实际装校中,透镜中心厚度及空气间隔的测量方法通常有两种:一是测量前一透镜的上顶点与后一透镜的上顶点的距离,然后减去透镜厚度;二是测量球面顶点到镜座端面的距离。这两种方法一般均被称之为间隔测量。测量仪器大多数是采用百分表、千分表或光栅测微仪等,属于接触式测量。接触式测量的主要缺点是容易划伤透镜表面。为避免划伤,通常在测量头与被测表面之间加一层保护纸,但由此带来的直接影响是测量精度的降低。而且,有些镀有特殊膜层的表面,严禁接触式测量。因此,采用高精度的非接触式透镜中心厚度及空气间隔测量就显得尤为必要。其中,德国 TRIOPTICS 公司设计制造的OptiSurf®镜面定位仪便采用了非接触方式来测量镜片中心厚度以及镜片之间的空气间隔,其精度可达到0.15μm,最大测量范围为 800mm 光程,是光学系统装调中检测和控制控制空气间隔的理想工具。

OptiSurf镜面定位仪原理

1. 原理

OptiSurf镜面定位仪的光学原理,为采用了短相干光源的迈克尔逊干涉仪,并且参考镜位置可以精确移动,当干涉仪的测量臂与参考臂光程相等时,才能够发生干涉。这样通过监控参考镜的移动,就可以测量被测镜的位置。

2. 工作过程

Source(短相干光源)发出短相干光束,经Coupler(耦合器)分束成两束光,这两束光分别通过Collimators(准直仪)聚焦到Measurement  arm(测量臂) 和Reference arm(参考臂)上,在测量臂段,光束经待测物前后两表面反射产生R1和R2两束反射光;在参考臂段,光束被delay line(延迟线路)中的scan mirror(可扫描的参考镜) 反射。各反射光束经光学光纤返回到Coupler中,此时扫描反射镜反射的光束分别与R1和R2两束光发生干涉产生两干涉信号经Photodiode(光电二级管)转换为电信号再由显示仪显示。

 

3. 测量方法

通过调节扫描参考镜在延迟光路上的位置,调出两干涉信号分别出现极大值的两个位置,此两极值位置所对应的扫描参考镜在延迟光路上的位置之差即待测物品的光学厚度。而其实际厚度则为光学厚度除以其折射率。

应用

主要用于光学系统中的位置和厚度测量。其中典型应用为透镜中心厚度测量和通过测量透镜间空气隙的长度来控制透镜在透镜系统光轴中位置。

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