[发明专利]一种接触式测量曲面棱镜参数的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域，尤其涉及一种接触式测量曲面棱镜参数的方法及装置。

背景技术

目前，从复色光中分出单色光的手段主要有棱镜色散、光栅衍射、干涉滤光片等方法，而棱镜色散的方法由于其原理简洁、性能稳定、加工成熟等优点，在各类光谱仪器，例如光谱仪、分光仪、分光光度计等均获得了广泛的应用。传统的色散棱镜，其前后表面均是平面，如图1所示为传统色散棱镜的光路示意图，所需要精确测量的参数主要有面形精度和棱角顶角，面形精度可以用Zygo干涉仪测量，而决定色散率的棱镜顶角，可以用自准望远镜的反射像法、标准角块贴置法和厚薄尺寸测量法等方法来进行测定。

C.Fery在1910年提出Fery棱镜，称之为含有曲面的棱镜（a prism with curved faces），Fery棱镜（即曲面棱镜）同时具有棱镜的色散功能和透镜的成像功能，是一种特殊的光学元件，如图2所示为现有技术中Fery棱镜的工作光路示意图，该曲面棱镜需要精确测量的参数包括有前后表面的曲率半径、前后表面光轴偏角（色散角）和中心厚度等。

而由于曲面棱镜的色散角与中心厚度均具有特殊性，不能采用测定传统平面棱镜顶角的方法来测量，也不能采用测定透镜中心厚度的方法来测量，现有技术中缺乏对曲面棱镜进行测量的有效手段。

发明内容

本发明的目的是提供一种接触式测量曲面棱镜参数的方法及装置，该方法可操作性强，测量精度高，适用于任何曲率、尺寸较大的Fery棱镜，通用性强。

一种接触式测量曲面棱镜参数的方法，包括：

将待测曲面棱镜装夹后，固定在三坐标测量机平台上；

利用红宝石探头测量所述待测曲面棱镜的前表面，得到前表面的参数：球心坐标O₁和曲率半径R₁，并重复多次测量取平均值；

利用所述红宝石探头测量所述待测曲面棱镜的后表面，得到后表面参数：球心坐标O₂和曲率半径R₂，并重复多次测量取平均值；

调整所述红宝石探头的角度，测量所述待测曲面棱镜的外径，得到所在圆柱的参数：光轴矢量I和圆柱外径D，并重复多次测量取平均值；

根据以上所获得的坐标参数，在计算机处理系统中利用建模复现出实际的待测曲面棱镜模型，并获得剖视图；

从所述剖视图上获得所述待测曲面棱镜前后表面光轴的夹角b和中心厚度d，并根据几何关系，得出所述待测曲面棱镜的顶角a等于所述前后表面光轴的夹角b。

所述红宝石探头在使用前，需要用标准球进行标定，具体包括：

将标准球固定不动，用所述红宝石探头测定标准球，并调整好所述红宝石探头的角度，使所述红宝石探头与所要测定的表面尽量相切。

一种接触式测量曲面棱镜参数的装置，所述装置包括棱镜装夹机构，红宝石探头，三坐标测量机平台和计算机处理系统，其中：

待测曲面棱镜被所述棱镜装夹机构装夹后，固定在所述三坐标测量机平台上；

通过所述红宝石探头对所述待测曲面棱镜的前后表面以及外径参数进行测量；

将测量所得到的参数传递到所述计算机处理系统，利用所述计算机处理系统计算得到所述待测曲面棱镜前后表面光轴的夹角、中心厚度，以及所述待测曲面棱镜的顶角。

所述棱镜装夹机构包括：专用夹具或三爪，且在装夹所述待测曲面棱镜时，为所述待测曲面棱镜的外径留出足够余量，使所述红宝石探头在外径上获取足够的数据。

所述装置还包括标准球夹持机构，利用该标准球夹持机构夹持标准球，所述红宝石探头在使用前，需要用所述标准球进行标定。