本文分析了使用樣板檢測大口徑平凸透鏡的弊端，細述了用刀口儀檢測大直徑凸面透鏡的相關(guān)計算方法和操作過(guò)程，并用實(shí)例加以證明。

　　光學(xué)檢測中刀口儀在對球面光學(xué)元件的檢測一般局限于對凹反射鏡的面形及曲率進(jìn)行檢驗，對于凸透鏡的面形檢驗一般利用光學(xué)樣板進(jìn)行判定，但光學(xué)零件樣板的最大直徑為130mm，對于直徑在140mm以上的平凸透鏡進(jìn)行檢驗有一定局限性降低了檢驗精度，如圖1所示。其次用樣板直接接觸元件表面容易對光學(xué)元件表面造成破壞，此時(shí)如果借助于一些大型的光學(xué)檢測儀器，例如 zygo 干涉儀，利用此類(lèi)大型儀器的優(yōu)勢在于檢測的結果精密，光學(xué)元件的檢測結果可以量化，但是由于zygo干涉儀的價(jià)格昂貴，體積較為龐大，且對周?chē)臋z測環(huán)境要求較高，種種因素大幅提高光學(xué)檢測的成本，在這種情況之下我們提出利用便于攜帶、價(jià)格低廉的刀口儀對凸透鏡反射面面形與元件內部材料均勻性進(jìn)行的檢測。本文基于以上幾點(diǎn)對用刀儀對凸透鏡的內反射檢驗進(jìn)行了詳細闡述。

　　1 求解加工和檢測初始參數

　　本文以一個(gè)曲率半徑為 2000mm 直徑為260mm 中心厚度為 10 的平凸透鏡為例，采用K9 材料，用 HeNe 光波段進(jìn)行檢測。檢測圖形如下：3 檢驗方法由于內反射檢驗的檢驗光線(xiàn)透過(guò)光學(xué)元件內部這就存在光學(xué)元件內外折率不一的問(wèn)題，則首先需通過(guò)計算確定刀口儀擺放的位置。用傳統的光學(xué)計算手段計算需要較長(cháng)時(shí)間且數據較多刀口儀放置的精確位置不好控制，我們可以直接利用 ZEMAX 進(jìn)行光路模擬，優(yōu)化后直接確定刀口儀的放置。

　　如圖所示光線(xiàn)從刀口儀發(fā)出后通過(guò)凸透鏡內部折射后又由光學(xué)元件的凸面反射回刀口儀的觀(guān)測點(diǎn)。了解了光路走向后，用ZEMAX模擬并優(yōu)化得到計算結果。

　　計算結果清晰顯示刀口儀的光原點(diǎn)既檢驗點(diǎn)在距離光學(xué)元件凸面 1313.665454mm 的位置處。經(jīng)過(guò)以上的計算可以掌握刀口儀的對凸透鏡進(jìn)行檢驗的一些基本數據。利用刀口儀進(jìn)行內反射檢驗前，首先要確定平凸透鏡的平面面形達到較高精度否則會(huì )對檢驗結果造成干擾。用刀口儀檢驗時(shí)應當先通過(guò)調焦螺釘和調節燈泡的位置把光束調節均勻，使從星點(diǎn)孔射出的光束投射在紙屏上成一均勻的圓斑時(shí)，可以確定光束基本調節均勻。使用狹縫時(shí)，先把燈絲象調節的光欄片，用白紙屏觀(guān)察它是否平行于狹縫，并通過(guò)轉動(dòng)燈泡使它與狹縫平行，然后把燈絲象調節在狹縫處。

　　從燈泡發(fā)出的光線(xiàn)經(jīng)聚光鏡會(huì )聚后投射在刀片上，經(jīng)刀片反射后在小孔或狹縫處射出光線(xiàn)，經(jīng)過(guò)凸透鏡反射回來(lái)，又會(huì )聚在刀片的刀口處。在刀口處用肉眼直接觀(guān)察可看見(jiàn)一個(gè)有色散光斑，由于色散嚴重影響觀(guān)察效果，此時(shí)在刀口儀前方加一塊單色玻璃(本文中以紅色玻璃為例)，此時(shí)視野里呈現出一塊明暗相間的紅色光斑。

　　2 檢驗結果

　　當刀口儀恰好切在計算出的位置時(shí)，會(huì )出現如下現象。

　　(1)當刀口自右向左切割光束時(shí)(我國刀口儀普遍自右向左切割)，紅黑交界處，相應鏡面上有高或低的頂點(diǎn)(與球心在刀口的球面波相比較)，形成高帶。

　　(2)當光束由凸面反射時(shí)，由于是內反射檢驗，刀口切割的是經(jīng)透鏡會(huì )聚后的光束，此時(shí)對于高低點(diǎn)的判斷原則與利用刀口儀對凹面鏡鏡型反射檢驗的判斷原則是完全相反的即鏡面右黑左紅的交界處為高，右紅左黑處交界處為低。

　　(3)透射檢驗的陰影圖除反映光學(xué)元件

　　表面加工情況外還可進(jìn)一步反映玻璃的材料的內部均勻性。

　　根據以上計算結果進(jìn)行實(shí)際操作檢驗，使用刀口儀的時(shí)特別值得注意的是由于透射會(huì )產(chǎn)生色散需在刀口儀的觀(guān)測處加一塊單色玻璃(ZEMAX中選定的計算波長(cháng)應與此單色光源波長(cháng)一致)，這樣可以消除色散給觀(guān)測帶來(lái)干擾有助于提高檢驗精度。

　　刀口儀檢驗的像質(zhì)評價(jià)如圖 3～6 所示。

　　圖 4 給出了系統的波前像差，圖 5 給出了傳遞函數圖。

　　由像質(zhì)評價(jià)圖可見(jiàn)，利用刀口儀對凸透鏡進(jìn)行透射檢驗精度較高，光線(xiàn)完全可自準回來(lái)，從而可以用刀口儀對凸透鏡進(jìn)行透射檢驗。

　　3 結語(yǔ)

　　對于凸透鏡的檢驗，本文提出了刀口儀陰影法檢驗凸透鏡的方法，陰影法檢驗凸透鏡有如下優(yōu)點(diǎn)。

　　(1)所需設備簡(jiǎn)單，不被檢驗面口徑大小限制，可直接檢驗凸透鏡表面及光學(xué)材料內部均勻性。

　　(2)檢驗精度高，可發(fā)現小于λ /10 的波面缺陷。

　　(3)檢驗時(shí)刀口儀不需與鏡面接觸，所以不會(huì )劃傷鏡面。這對保證鏡面光潔度十分有利 。

　　( 4 ) 檢驗速度快，刀口儀放好后，進(jìn)行切割立刻發(fā)現鏡面缺陷及所在部位。

　　(5)為提高檢驗精度，可以用 CCD 接收陰影圖。