一、前言

透鏡是成像光學(xué)系統(tǒng)的主要元件，而其曲率半徑是非常重要的光學(xué)結(jié)構(gòu)參數(shù)之一，決定著球面元件的焦距，進(jìn)而影響著光學(xué)系統(tǒng)的性能。因此，對球面光學(xué)元件曲率半徑的高精度測量是光學(xué)測量中的重要一環(huán)。以下介紹幾種球面曲率半徑的測量方法。

二、接觸式測量

（一）牛頓環(huán)法

如圖1，將一塊平凸透鏡置于一塊光學(xué)平行平面上，被測件的凸面與平行平面間的空氣間隙沿徑向不斷增加。當(dāng)平行平面光垂直入射時(shí)，光束經(jīng)上下表面反射后發(fā)生干涉，從而形成等厚干涉條紋。通過測量干涉條紋的暗條紋半徑r_m和r_n與波長的數(shù)學(xué)關(guān)系可計(jì)算出被測件的曲率半徑。

圖1.1 牛頓環(huán)法測量原理圖

在實(shí)際操作中，由于被測面與平晶直接接觸，鏡面將受到壓力而導(dǎo)致表面磨損甚至變形，以致球面的曲率半徑發(fā)生變化。另外，被測光學(xué)元件與平晶之間存在微小塵埃，易產(chǎn)生測量系統(tǒng)誤差。

（二）球徑儀法

二、非接觸測量

（一）刀口陰影法

圖2.1為刀口陰影法測量原理圖，將刀口儀置于被測表面曲率中心處，當(dāng)光源的像剛好在刀口位置時(shí)，移動刀口儀就可以觀察到被測光學(xué)元件將全部變暗，而其他位置能觀察到部分明暗的陰影圖。此時(shí)通過測量光學(xué)表面到刀口儀之間的距離即可得到曲率半徑。

圖2.1刀口陰影法測量原理圖

但該方法只適用凹球面，對測量環(huán)境要求稍暗，振動幅度小。

（二）共焦干涉測量法

該方法具有測量精度高，又能同時(shí)檢驗(yàn)被測件表面面形等優(yōu)點(diǎn)。我司已完全掌握該項(xiàng)測量技術(shù)，并配備相對應(yīng)的器材：激光干涉儀（如：Hi-Marc150W激光干涉儀），軸向平移導(dǎo)軌，光柵尺，五維調(diào)整架。

三爪調(diào)整架夾持被測球面，將三爪卡扣旋轉(zhuǎn)嵌入五維調(diào)整架中，五維調(diào)整架與光柵尺進(jìn)行連接，并固定在軸向平移導(dǎo)軌的滑塊上。各部分組件的空間位置關(guān)系如圖2.2所示，測步驟如下：

圖2.2共焦干涉測量法原理圖

（1）尋找貓眼位置，被測球面沿導(dǎo)軌方向移動，當(dāng)通過標(biāo)準(zhǔn)透射球面鏡頭光束的匯聚點(diǎn)與被測球面頂點(diǎn)重合時(shí)（俗稱貓眼位置），此時(shí)干涉儀上可能出現(xiàn)類似貓眼的干涉條紋，并記下光柵尺的讀數(shù)。

（2）尋找共焦位置，被測球面沿導(dǎo)軌方向移動，當(dāng)通過標(biāo)準(zhǔn)透射球面鏡頭光束沿被測球面法線發(fā)射時(shí)，球心剛好與標(biāo)準(zhǔn)透射球面鏡頭的焦點(diǎn)重合（俗稱共焦位置），此時(shí)干涉儀上可能出現(xiàn)零條紋或幾根直條紋，并記下光柵尺的讀數(shù)。

（3）為了確保被測球面曲率半徑的精度，由貓眼到共焦、共焦到貓眼步驟需重復(fù)一遍，若貓眼位置干涉條紋數(shù)目發(fā)生變化，則說明調(diào)整架的機(jī)械結(jié)構(gòu)仍未穩(wěn)定，必須等候片刻再重新開始。

（4）將貓眼位置與共焦位置的數(shù)據(jù)進(jìn)行相減，即為被測球面的曲率半徑。