CN1042777A - 透镜表面的质量检测 - Google Patents

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詹姆斯·杰拉德·伦尼
文森特·麦克布里尔蒂
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明涉及透镜表面的质量检测方法，包括把波长200毫微米到2000毫微米的基本准直电磁辐射束投射到透镜表面上，测量透镜表面反射的镜面反射光的强度。电磁辐射束较好是接近电磁波谱的紫外、可见光或近红外部分的激光束。该测量方法可在激光辐射透镜的激光抛光过程中完成。

Description

本发明涉及透镜特别是接触透镜的表面质量（粗糙度或光滑度）的检测方法。
接触透镜通常用车床把一块合适的材料加工成所要求的尺寸，这种材料一般包括聚合物材料例如聚甲基丙烯酸甲酯即有机玻璃（PMMA）。车床加工以后，接触透镜被抛光以使车过的表面光滑并除去任何由车削引起的纹理或粗糙性。特别希望的是使接触透镜表面尽量光滑，使其能够提供最佳光学特性，又能被使用者的眼睛所接受。
透镜表面可采用研磨剂的手工抛光，或采用激光辐射对其加以平滑，激光辐射方法在本申请人的尚末审批的，向爱尔兰申请的专利中进行了叙述，该申请与本申请同时提交，题为“透镜表面的激光抛光”。其内容在此引为参考。
本发明的目的是提供一种容易测量透镜表面质量的方法。
粗糙表面的平均粗糙度通过测量粗糙表面与相同材料的标准光滑表面间的镜面反射率之比随入射角的变化来获得，（见D.H，Hensler应用光学（11）2552（1972））。假设粗糙度具有高斯分布，（均方根的粗糙度σ），则上述比率Rs由下式给出：
Rs＝ (Is)/(Iso) ＝e×p〔-（ (4πσcos（Ω）)/(λ) ）2〕
其中：
Iso和Is分别是从同一材料的抛光表面和粗糙表面反射的镜面强度;入是光的波长;Ω是入射角;均方根粗糙度是描绘In（Rs）对Cos2（Ω）的曲线得到的。由此形成的直线其斜率为-（4πσ/λ）2。
依据本发明，提供一测量透镜表面质量的方法，它包括这样的步骤：使波长在200毫微米到2000毫微米的基本上准直的电磁辐射束投射在透镜表面上，测量来自透镜表面的镜面反射强度。
在本发明的一个实施例中，本方法是在用激光辐照透镜的激光抛光过程中完成的。
该电磁辐射束较好是具有接近电磁波谱的紫外、可见光或接近红外部分波长的激光束。
该电磁辐射更好是低功率的He-Ne激光或半导体二极管发出的激光束。
镜面反射光最好采用光敏检测器检测。
现在通过举例，参照附图阐述本发明的实施例，其中：
图1是说明完成本发明的方法的一个光学配置图;
图2是对完成本发明的方法的另一个光学配置的说明;
图3是光敏检测器输出对光敏检测器位置的曲线。
现在参见图1，它示出了测量接触透镜表面质量的一个光学配置。一束基本上准直的可见光He-Ne激光束10投射到车削过的康泰克斯接触透镜样品12的凹面11上，面11的表面质量要被检测。激光束10以与表面11的法线成一近似9°的小角度射在表面11上。可以理解，鉴于上面提到的方程中的余弦因子，入射角越小，则得到的灵敏度越高。
镜面反射光被合聚到透镜表面11前面的焦点13上。（相反，假如入射激光束10投射在该透镜的凸面14上，则镜面反射光将在该凸面的后面形成虚焦点）。
聚焦镜15用来在件17的针孔16上形成焦点13（或虚焦点）的放大像，用在件17后面的光电二极管18测量通过针孔16的光强度。可用合适的滤光器（未示出）来滤除光电二级管的背景照明。
用传统的方法（未示出）测量光电二极管18的最大输出信号并将其记录下来。然后用一抛光的具有光滑表面的接触透镜重复这个程序并再次记下光电二极管的最大输出信号。对抛光的和车削过的接触透镜计算光电二极管的输出信号之比值，这个比值给出对车削过的透镜表面的质量（粗糙度或光滑度）的测量。
一部份入射光束10从表面11散射并形成漫射光19，它不被光电二级管18接收。
实例：
在Boston    Ⅳ和BL-70设备上抛光的及车削过的半透镜上获得的光敏检测器的最大信号的比率分别是0.15和0.01。视觉检查显示出Boston    Ⅳ透镜有一个显然比BL-70透镜更光滑的车削表面。
图2说明另一种测量接触透镜镜面反射率（从而即表面质量）的光学装置。在这个配置中，一基本准直的He-Ne激光束20投射在车削过的接触透镜22的欲测其表面质量的凹面21上。激光束20首先通过分束器23和聚焦透镜24，24把这束光引到表面21的曲率中心C前面的焦点F1上。此后激光束20开始发散，一直到它入射到接触透镜22的表面21上为止。镜面反射的光束25于曲率中心C的右侧形成一焦点F2，焦点F2与入射光束的焦点F1距曲率中心C有相同的距离。
焦点F2被透镜24放大，24把反射光投射到分束器23上，其中的一部分光线在23处以90°反射偏折并聚焦在件27的孔26上。在件27后面放置的光电二极管28测量通过孔26的光强度。可以用合适的滤光器（未示出）滤掉该光电二极管的背景照明。
光电二极管28的最大输出信号由传统的方式（未示出）测量并记录下来。然后用一抛光的具有光滑表面的接触透镜重复上述程序，并再次记录下光电二极管28的最大输出信号，对抛光的和车削过的接触透镜计算光敏探测器的输出信号之比值，这个值即给出对车削过的透镜表面质量（粗糙度或光滑度）的检测。
移动光电二极管28和孔26（直径近似300微米）穿过F2的放大像，并记下光电二极管的最大输出信号。然后用抛光的具有光滑表面的透镜重复这个过程并再次记下光电二极管的最大输出信号。
实例：
图3是使针孔26和光电二极管经过由抛光的和车削过的接触透镜Boston Ⅳ对镜面反射光的聚焦点F2的放大像所得到的信号图，与件27的孔26的中心相对应的光电二极管的位置记作0.0。强度较弱的信号属于车削过的透镜而强度较高的信号属于抛光透镜。对Boston Ⅳ透镜获得的有关信号是0.11。BL-70和Heflicon B透镜也获得类似结果，它们分别是0.03和0.02。这些值给出对车削过的透镜的质量的定量的检测。
应当明白：可用光电二极管的线性阵列代替使孔26经过焦点F2的像束确定跨过镜面反射光束的最大强度。
此外，假如入射激光束的横截面积比透镜的面积小得多，激光束可以安排成对透镜的表面进行光栅扫描，而且假如需要，可以用光敏检测器的二维阵列检测镜面反射激光束的最大强度。在本发明的另一个实施例中，透镜能够移动，从而使激光束能够进行光栅扫描，或者使透镜能够转动，使激光束在透镜上描出一个或更多园形光路。
当激光为He-Ne激光器产生的可见光时，它还包括电磁波谱中接近可见光或红外线区域的任何光源。
应当清楚，在图1和图2的两种配置中，所研究的透镜表面可以同时经受激光辐照，以实现透镜表面抛光，正如在本申请人的前述尚未审批的专利申请中所述那样。因此，本发明实际上可以形成一联机监视器以确定什么时候透镜表面已被最佳抛光。
本发明不限于本文所述的实施例，可以在不背离本发明的范围的前提下对其进行修改或变更。

Claims (3)

1、一种测量透镜表面质量的方法，包括把波长200毫微米至2000毫微米范围的基本准直电磁辐射束投射到透镜表面的步骤，以及测量透镜表面反射的镜面反射光的强度。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：其中电磁辐射束是波长处于光谱的近紫外、可见光或近红外部分的激光束。
3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：其中透镜同时经受激光辐照以引起透镜表面的抛光。
CN89108156A 1988-10-25 1989-10-25 透镜表面的质量检测 Pending CN1042777A (zh)

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