凹透镜通光口径在线精测仪

　　0 引 言

　　在一些光学设计中，凹透镜通光口径起着相当重要的作用。部分凹透镜由于设计和装配的要求，需要磨出一个垂直于光轴的平面，往往该平面与通光口径重合，一般精度要求不严。但对于一些对通光口径要求严格的镜片，必须有一种专门的测量仪器来在线实时监测该平面的加工过程。

　　现在光学制造业中，仍没有专门用来在线测量凹透镜通光口径的仪器，传统的接触测量工具如游标卡尺，精度达不到指定的要求，并且也不容易对准。加上镜片易损，接触测量很容易对镜片造成损害。这使得生产对通光孔径有较高精度要求的凹透镜显得困难。所以设计出一种能针对有这种要求的凹透镜制造过程所需的高精度的在线测量仪器非常必要。

　　1 凹透镜通光口径在线测量原理

　　1.1 光学原理

　　光学成像原理见图1，物面(实际上是凹透镜的平面与凹R 面的交线)在外部LED 阵列照明下，通过成像物镜成一次像在分划板处;而投影物镜把物镜一次像缩小成像于CCD 的靶面上。对于检测小通光口径数值能一次性成像并检测出来。而对较大通光口径的透镜的检测需要分两次进行。首先移动整个光学系统瞄准透镜通光口径上边缘成像，再瞄准透镜通光口径下边缘，测量出移动值就可以测出通光口径。

　　1.2 读数测量原理

　　本测量方法采用的光学系统是定焦系统，所以只要在成像部位放置一个分划板，按照放大倍数在分划板上刻下相应的数值，就可以直接从图像中读出相应的半径值。这种方法对小通光口径的测量来说直观且效率较高。

　　但这种只能测量小孔径的镜头，对于大孔径的凹透镜，需要更大的视场。但是随着视场的增大，各种像差会变大，使得光学系统的设计难度增加很多。并且大视场一般对应着小的放大倍率，而小的放大倍率对应着低的测量精度。所以单纯依靠分划板来进行测量是行不通的。

　　在这种情况下，希望能在保证原来光路不变的情况下通过测量值的转化达到测量的目的。基于这种思想，在原来方案的基础上，在它的上下微调部分加个线位移测量光栅，把通光口径值转化为光栅测得的位移值，就可以实现对大尺度通光孔径的精密测量了。

　　具体方法如下：固定被测物体，上下移动整个光学部分，这样光学系统的光学焦点上下移动，而物体不动，从图像里看到的就变成了物体的像在上下移动。先使分划板的十字线对齐通光口径的上边缘，如图2所示，并把此点设为光栅测位移起点。然后调动细调螺纹，让光学工作平台往下移动，使其在下边缘成像，微调使通光口径下边缘与十字线对齐，如图3 所示。这样移动平台所走过的距离就是就是凹透镜通光口径。通过线位移光栅进行测量走过的距离。这样凹透镜通光口径值就可以通过光栅来进行间接测量了。