光学透镜参数现代测量方法研究

　　0 引 言

　　随着科学技术的不断发展，过去以目视、光机为主的传统光学测量方法已日益不适应高精度、高效率的科研与生产研究。当今，激光、计算机、光电传感器等技术的飞速发展大大改变了传统光学测量方法的面貌，现代光学测量方法可以代替眼睛进行对准、定焦和读数，通过计算机实时控制，对数据和图像进行采集和处理，从而大大提高对准、定焦准确度，实现测量的自动化，提高工作效率，并且降低对仪器制造精度的要求和减小外界环境对测量的影响，扩大仪器的应用范围。特别是以CCD传感器为代表的各种探测器的成熟，光电探测器在光学测量技术中具有特殊的优越性能，目前已被广泛应用于各种测量仪器中。

　　1 光学透镜参数的现代测量方法

　　光学透镜从镜片铣磨加工到成形装配过程中涉及的参数很多，需要重点的检验参量包括：曲率半径、面形、焦距、传递函数(MTF)等，下面将分别介绍这些参数的现代测量方法。

　　1.1 曲率半径测量

　　球面曲率半径的测量方法有：球形样板测量、球径仪测量、自准直望远镜测量以及自准直显微镜测量等，其中后两种属于非接触式测量，且球面需抛光，仪器调整也比较复杂。球面样板测量和球径仪测量是较为常用的检测方法，但球面样板检验方法只适用于小曲率半径，且精度受样板的面形影响，而球径仪测量方法简便，零件不需抛光，适应于生产需要。

　　球径仪的工作原理如图1 所示，凹形的测件使用支撑球的正值(+K);凸形的测件使用其负值(-K)。对于一个有3 个球点支撑的球径仪环，使用如下公式：

　　在此处有两个球径仪环半径 (r 内边缘及r 外边缘)。

　　传统球径仪主要由带圆球的测量杆、测量环、读数显微镜组成，曲率半径的测量完全由人眼读数决定，测量精度由读数显微镜目镜的最小格值决定，通常为1 μm。随着计算机技术的不断发展，球径仪也在不断更新，由计算机控制的高精度球径仪组成如图2 所示，矢高测量探头可以通过马达控制器上的两个按钮的控制上下移动，半径测量由精密数显编码器和曲率半径计算软件完成，编码器的测量精度可以达到0.2 μm，曲率半径的重复测量精度可达到0.001%，同时还可以方便地设置各种公差，并得到每次测量的不确定度。

　　1.2 面形测量

　　零件的球面面形误差，直接影响光学零件的成像质量，是一项非常重要的检测项目。球面面形误差分别用曲率半径偏差和形状偏差，即通常所说的光圈数和局部光圈数来表示。面形误差的测量方法可分为样板法和干涉仪法，在光学车间通常采用光学样板测量法，其原理是等厚干涉测量，这种接触式测量操作简便，但不适用于测量样板和其他高精度光学件。为了提高测量精度，干涉仪测量法得到广泛应用，它的原理与样板法类似，所不同的是采用了非接触测法测量，避免了样板法测量时的许多弊病。