一种用于检测平板光学元件面形误差的装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于检测平板光学元件面形误差的装置及方法。所述装置包括光学元件支架，匹配液体，匹配液体盛放槽。所述装置可在使用立式干涉仪测量平板光学元件时，消除平板光学元件后光学表面反射光对前光学表面面形误差检测造成的干扰，进而检测出可靠的光学表面面形误差分布。本装置及方法能有效解决普通立式干涉仪无法检测平板光学元件面形误差的问题，且装置及方法原理简单、制造及使用成本较低，在不改变原立式干涉仪结构的情况下能完成对平板光学元件面形误差的检测。采用非接触的方式检测光学元件面形误差，对光学元件无损伤，无夹持应力。检测光学元件面形误差，过程中对光学元件的清洗用自来水清洗即可，不需要特殊的清洗溶剂及方法。
【专利说明】一种用于检测平板光学元件面形误差的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学元件检测的【技术领域】，具体涉及一种用于检测平板光学元件面形误差的装置及方法。
【背景技术】
[0002]光学元件的面形误差一般采用干涉仪通过干涉法进行测量。然而，高精度平板光学元件检测时，前后两个光学面都会反射光线，且反射光线均能沿原路反射回，其与参考波前均能进行干涉并在图像探测器上形成干涉条纹，即后光学表面的反射光线对前光学表面的检测产生干扰，使得无法有效检测出前光学表面的面形误差。以折射率n=l.55的典型光学玻璃为例，在大气环境下，经过计算，光线垂直入射时，未镀膜的光学玻璃前后两个光学表面的光线反射能量分别为4%和3.67%。即后光学表面和前光学表面的反射光能量很接近，后光学表面的反射光对前光学表面的面形误差检测干扰较大，无法形成有效的干涉条纹，从而无法有效检测到被检测光学表面的面形误差。

【发明内容】

[0003]为了克服现有检测技术的问题，一种方法就是降低平板光学元件后光学表面的反射率。本发明的目的即在于提供一种可以实现降低后光学表面反射率的装置及方法，以获得对平板光学元件光学表面面形的有效检测。
[0004]本发明采用的技术方案为:一种用于检测平板光学元件面形误差的装置，包括:光学元件支架，匹配液体和匹配液体盛放槽，所述光学元件支架用于夹持光学元件，并可将光学元件支架放置于匹配液体盛放槽上，匹配液体是与所要检测的平板光学元件的材料折射率接近或完全一致的透明溶液，匹配液体不得对被检测光学元件造成化学损伤。
[0005]进一步的，匹配液体为苯、乙醚、甘油或松节油，匹配液体也可以是溶液，譬如氯化钠溶液，20摄氏度时，氯化钠溶液的折射率可以按照氯化钠溶液的浓度从1.33调配至1.6，覆盖了大部分光学材料的折射率范围。
[0006]进一步的，匹配液体盛放槽内部具有消光涂层或消光结构，光线射入后不会产生强烈镜面反射，譬如可采用磨砂外加涂黑处理以消除镜面反射，也可采用折反光学系统结构将光线折射至非相干区域。
[0007]进一步的，该匹配溶液盛放槽存在一个用于添加匹配溶液的添液嘴，该添液嘴的上沿高度与匹配液体盛放槽的上沿持平或略低于匹配液体盛放槽的上沿高度。
[0008]另外提供一种采用上述装置检测平板光学元件面形误差的方法，具体步骤如下:
[0009]步骤(I):查询或测试该光学元件所采用的光学材料的折射率，选择并调配匹配液体；
[0010]步骤(2):将匹配液体注入匹配液盛放槽内；擦拭干净被检测平板光学元件的被检测光学表面，将夹持好被检测件的光学元件的光学元件支架放置于匹配液体盛放槽上，被检测光学7Π件前光学表面朝上，为待检测光学表面，后光学表面没入匹配液中，前光学表面不得没入匹配液体中，且不得被匹配液体污染；如液面高度不合适可通过添液嘴适当添加或取出匹配液体；
[0011]步骤(3):将步骤(2)中安放好光学元件和匹配液体的装置放置于立式干涉仪工件支架上，静止一段时间，直至液面稳定；
[0012]步骤(4):按照普通立式干涉仪的常规操作步骤，检测并读取光学元件的面形数据；
[0013]步骤(5):取下匹配液体盛放槽，并依次取下光学元件及光学元件支架，倒出匹配液体，用自来水冲洗光学元件及匹配液体盛放槽并晾干。
[0014]本发明的原理在于:
[0015]根据菲涅耳原理，光线垂直入射时在介质表面的反射率R可以通过下式计算:
【权利要求】
1.一种用于检测平板光学元件面形误差的装置，其特征在于包括:光学元件支架(102)，匹配液体(103)和匹配液体盛放槽(104)，所述光学元件支架(102)用于夹持光学元件(101)，并可将光学元件支架(102)放置于匹配液体盛放槽(104)上，匹配液体(103)是与所要检测的平板光学元件(101)的材料折射率接近或完全一致的透明溶液，匹配液体(103)不得对被检测光学元件(101)造成化学损伤。
2.根据权利要求1所述的一种用于检测平板光学元件面形误差的装置，其特征在于:匹配液体(103)为苯、乙醚、甘油或松节油，匹配液体(103)也可以是溶液，譬如氯化钠溶液，20摄氏度时，氯化钠溶液的折射率可以按照氯化钠溶液的浓度从1.33调配至1.6，覆盖了大部分光学材料的折射率范围。
3.根据权利要求2所述的一种用于检测平板光学元件面形误差的装置，其特征在于:匹配液体盛放槽(104)内部具有消光涂层或消光结构，光线射入后不会产生强烈镜面反射，譬如可采用磨砂外加涂黑处理以消除镜面反射，也可采用折反光学系统结构将光线折射至非相干区域。
4.根据权利要求2所述的一种用于检测平板光学元件面形误差的装置，其特征在于:该匹配溶液盛放槽(104)存在一个用于添加匹配溶液的添液嘴(108)，该添液嘴(108)的上沿高度与匹配液体盛放槽(104)的上沿持平或略低于匹配液体盛放槽(104)的上沿高度。
5.一种用于检测平板光学元件面形误差的方法，该方法利用权利要求1至4任一项所述的用于检测平板光学元件面形误差的装置实现，其特征在于包括如下的步骤: 步骤(I):查询或测试该光学元件(101)所采用的光学材料的折射率，选择并调配匹配液体(103)； 步骤(2):将匹配液体(103)注入匹配液盛放槽(104)内；擦拭干净被检测平板光学元件(101)的被检测光学表面，将夹持好被检测件的光学元件(101)的光学元件支架(102)放置于匹配液体盛放槽(104)上，被检测光学元件(101)前光学表面朝上，为待检测光学表面，后光学表面没入匹配液(103)中，前光学表面不得没入匹配液体(103)中，且不得被匹配液体(103)污染；如液面高度不合适可通过添液嘴(108)适当添加或取出匹配液体(103)； 步骤(3):将步骤(2)中安放好光学元件(101)和匹配液体(103)的装置放置于立式干涉仪工件支架(106)上，静止一段时间，直至液面稳定后即可采用立式干涉仪进行光学元件面形误差检测； 步骤(4):按照普通立式干涉仪的常规操作步骤，检测并读取光学元件的面形数据；步骤(5):取下匹配液体盛放槽，并依次取下光学元件及光学元件支架，倒出匹配液体，用自来水冲洗光学元件及匹配液体盛放槽并晾干。
【文档编号】G01B11/24GK103837096SQ201410103178
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年3月19日 优先权日:2014年3月19日
【发明者】李云, 贾辛, 徐富超, 邢廷文 申请人:中国科学院光电技术研究所