一种用于测量非球面的装置，包括： 产生入射光的干涉仪； 具有非球面的测试件，入射光被该测试件反射成测试光； 设置在入射光光路上的第一光学元件，至少有一个带有全息图的表面，用于把入射光向测试件衍射；和 设置在第一光学元件后面的第二光学元件，把入射光透向非球面，并具有一个凹面，以便减小测试光从非球面反射后进入全息图的入射角。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种测量非球面的装置和方法，并尤其涉及一种利用全息图测量非球面的装置和方法。
技术介绍
非球面透镜被广泛地用在多种产品中，包括大屏幕投影显示系统和摄录机。朝着轻巧、高图象质量设备的发展趋势逐渐增大了非球面透镜的直径和非球面度。非球面透镜的制造需要使非球面透镜成形方面高精度和高准确度。因此，开发了一种能够利用全息和干涉仪高精度测量非球面透镜形状的装置和方法。美国专利US5,737,079和US5,530,547中公开了一种利用计算机产生的全息图(CGH)测量非球面透镜的装置和方法。CGH是指一种通过从物体的光相位分布计算复杂的振幅分布而写入的全息图。参见图1，美国专利US5,737,079中公开的非球面测量装置包括一个光源1，改变光路的分束器2，具有参考面4的测试板元件3，其中参考面4上写入了用于产生参考光WR的CGH5，具有非球面7的测试透镜6，和成像平面10，从非球面7反射的测试光WT和参考光WR在该平面处干涉成象。此处，CGH作为玻璃上的铬(chrome-on-glass)被写入到参考面4上。标号8表示孔径平面，标号8a表示孔径，标号9表示透镜。从光源1发出的光束L1经分束器2发散为光束L2，向前传播到测试板元件3和测试透镜6。光L2透过测试板元件3，垂直进入球面7，成为光束L3，并且被反射到与测试光WT相同的光路上。参考写入光WR对应于在写入到测试板元件3参考面4上的CGH5处衍射的光束L2。非球面测量装置有一种Fizeau干涉仪结构，其中测试板元件3与其它光学元件对准，从而为参考光WR和测试光WT提供了一条公共路径。该装置通过从象平面10上的干涉条纹相对于零位干涉条纹的偏差中读取非球面误差来测量非球面。零位干涉条纹反映了没有干涉条纹形成这样一个事实。在非球面测量装置中，带有CGH5的测试板元件3需要很高的表面精度以作为参考光WR和测试光WT反射入设光。尤其是，当测试板元件3放置在测试透镜6之前时，测试板元件3的表面精度对入射光作为测试光WT穿过测试板元件3非常重要，但是，很难制造这样高表面精度的测试板元件3。需要高精度测试板元件3的另一个原因在于它产生参考光WR。在非球面测量装置中，测试板元件3的CGH5形成为玻璃上的铬以透射光。透明相位型CGH不能用于CGH5。与铝类似，铬提供一个不透明的类银涂层。CGH5包括铬的不透明部分和玻璃的透明部分。玻璃上的铬型CGH5分别将入射光透射并作为测试光WT和参考光WR反射。因为透明相型CGH全部透过入射光，所以不能用透明型CGH产生参考光和测试光。因此，需要用铝涂覆CGH的后面以将一部分入射光作为测试光反射。当参考光WR和测试光WR的光路在此非球面测量装置中不是共同的时，由于环境因素、如外部震动，会产生测量误差。为此，在非球面测量装置中使用了参考光和测试光沿共同光路传播的Fizeau干涉仪，以将测量误差减到最小。图2表示美国专利US5,530,547中公开的另一个常规的CGH校准和非球面测试装置。参见图2，在常规的CGH校准装置中，具有基座11和可拆卸地固定到基座11的架板13的光学架17与其中安置光学元件如CGH或CGH零位补偿器的框架17彼此平行分布。框架17可释解地耦接到架板。在CGH校准装置中，由干涉系统产生球面测试光束，从而在光束被CGH衍射之后产生干涉条纹。相对于基座11调节架板13，以把测试光束衍射到架板上，由此产生零位干涉条纹。基座11具有调节耦接到架板13上的框架15的螺丝。通过螺丝调节安置在框架15上的CGH直到产生零位干涉条纹。产生零位干涉条纹之后，从框架15中移出CGH，并且安置CGH零位补偿器以便测试非球面透镜。在图2所示的非球面测试装置中，因为基座11和基板13互相对准，所以很可能导致机械调节误差。因此，不能用本装置精确地测试极度的非球面透镜。另外，由于CGH光栅间距的限制，常规的非球面测试装置不能用于精确地测试极度的球面透镜。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供一种高精度测量非球面、尤其是极度非球面光学元件的装置和方法，其中的光学系统由干涉仪、不需要高表面精度的光学元件和具有大光栅空间的全息图简单地构成。一方面，本专利技术提供一种用于测量非球面的装置，包括产生入射光的干涉仪；具有非球面的测试件，该非球面将入射光作为测试光反射；设置在入射光光路上的第一光学元件，至少有一个带有全息图的表面，用于把入射光向测试件衍射；和设置在第一光学元件后面的第二光学元件，把入射光透向非球面，并具有一个凹面，以便减小测试光从非球面反射后进入全息图的入射角。优选第一光学元件还包括一个凹面，并且第二光学元件还包括一个带有全息图的表面。在本装置中，入射光垂直进入测试件的非球面之后作为测试光被反射，并且测试光沿公共光路向入射光传播。优选本装置还包括一个在测试件之后的球面镜。优选全息图是一个计算机产生的全息图(CGH)。另一方面，本专利技术提供了一种测量非球面的方法，包括(a)由光路改变器把光源发出的光束分成入射光和参考光；(b)使入射光通向带有全息图的第一光学元件，由全息图衍射入射光；(c)被全息图衍射的入射光透过具有凹面的第二光学元件；(d)透过凹面的入射光被带有非球面的测试件作为测试光反射；和(e)从测试光和参考光的干涉条纹中测出非球面中的误差。优选在(d)中，入射光垂直进入测试件的非球面，并且从非球面反射的测试光沿公共光路向入射光传播。优选在(d)中，入射光透过测试件，垂直进入设置在测试件后面的球面镜，并且作为测试光从球面反射镜处反射，并且从球面反射镜反射的测试光沿公共光路向入射光传播。在(e)中，从测试光和参考光的干涉条纹与零位干涉条纹的偏差中测出非球面误差。优选全息图是由计算机产生的全息图(CGH)。在本专利技术的方法中，当测试件有一个凸非球面时，利用下列方程计算凸非球面中的误差S2=12(n-1)]]>此处S1表示第二光学元件的凹面中的误差，S2表示测试件凸非球面中的误差，n表示测试件的折射率，TRW表示透射波前。另外，本专利技术提供了一种测量非球面的装置，包括产生入射光的干涉仪；具有非球面的测试件，入射光被该测试件反射成测试光；设置在入射光光路上的一光学元件，有一个把入射光向测试件衍射的全息图和一个凹面，以减小入射光进入全息图的入射角。在该装置中，入射光垂直进入测试件的非球面之后被反射成测试光，并且测试光沿公共光路向入射光传播。根据本专利技术，通过利用Fizeau干涉仪或Twymann-Green干涉仪产生参考光，并且只有测试光入射到用在非球面测量中的光学元件上。因此，光学元件不需要很高的精度。把带有一个凹面的光学元件布置在带有全息图的光学元件之后，或者把带有全息图的光学元件和凹面布置成一体，使得凹面朝向测试件。结果，光入射到全息图上的入射角减小，并且全息图的光栅间距增大。因此，可以利用本专利技术的装置精确地测量极度非球面测试件。附图说明通过参考附图对实施例的详细描述，本专利技术的上述目的和优点将变得更加清晰，其中图1是美国专利US5,737,079中公开的常规非球面测量装置；图2是美国专利US5,530,547中公开的另一常规非球面测量装置；图3A是根据本专利技术非球面测量装置的第一实施例；图3B是根据本专利技术非球面测量装置的第二实施例本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：金兑熙，詹姆斯·H·伯奇，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。