[发明专利]激光三角法透镜中心厚度测量装置及其测量方法

说明书

本发明涉及激光三角法透镜中心厚度测量装置及其测量方法，该测量装置包括激光光源、分束棱镜、透镜装调机构、分划板、视频监视器、第一CCD成像系统和第二CCD成像系统，所述透镜装调机构上设置待测透镜；待测透镜、分束棱镜、分划板和视频监视器依次沿光轴竖直设置，在分束棱镜的一侧设置所述激光光源；第一CCD成像系统和第二CCD成像系统对称设置于待测透镜的斜上方和斜下方，透镜装调机构包括倾斜调整部和旋转测量部。本发明方法以解决现有技术中存在的待测透镜倾斜离轴误差大、定位瞄准精度低、不易实时测量等问题，实现了透镜中心厚度的高精度、非接触、低成本的实时测量。

技术领域

本发明属于光学精密测量技术领域，具体涉及一种激光三角法透镜中心厚度测量装置及其测量方法。

背景技术

光学透镜一般由光学玻璃或聚合物材料制成，优良的光学透镜有着严格的公差限制。在光学领域中，折射率、表面曲率半径和中心厚度是透镜的3个基本参数，其中透镜中心厚度会对光学系统的成像质量产生较大的影响，直接影响透镜的焦距、成像质量等参数，所以必须在生产过程中进行实时监控。例如，在光刻机物镜、航天相机等高性能光学系统中，对透镜有着严格的公差限制，需要根据每个透镜的中心厚度对透镜间的沿轴间隔、径向偏移量和光轴偏移角进行精密地调整，而其加工是否满足公差要求，需要有高精度的仪器进行测量和检验。

目前，透镜中心厚度测量技术可分为接触式和非接触式两类：接触式测量有两个致命的缺点：一是探针易划伤表面，破坏光洁度；二是探针与透镜表面频繁接触，会因磨损而影响测量精度。非接触式测量有干涉法、共焦法、共面电容法和图像法等。干涉法在实际测量时干涉条纹容易受外界振动、气流等环境因素的影响，难以影响其测量精度；共焦法由于具有三维层析成像能力，已广泛应用于光学元件测量领域，可以实现非接触在线检测，其主要利用被测透镜上下表面反射回来的光谱信息计算透镜的厚度，在对光学透镜进行实时在线精准检测时，不会对检测件造成损伤，但是共焦法在测量过程中，被测透镜摆放受人为经验因素影响较大，影响测量精度，而且对透镜中心难以精确定位，易产生离轴误差；共面电容法测量前需要根据被测透镜的材料对共面电容测头进行精确测试以取得可靠数据作为检测依据，测量过程复杂。

发明内容

本发明提供一种基于激光三角法的透镜中心厚度测量方法，以解决现有技术中存在的待测透镜倾斜离轴误差大、定位瞄准精度低、不易实时测量等问题，实现了透镜中心厚度的高精度、非接触、低成本的实时测量。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下:

激光三角法透镜中心厚度测量装置，所述测量装置包括激光光源、分束棱镜、透镜装调机构、分划板、视频监视器、第一CCD成像系统和第二CCD成像系统，所述透镜装调机构上设置待测透镜；

所述待测透镜、分束棱镜、分划板和视频监视器依次沿光轴竖直设置，在分束棱镜的一侧设置所述激光光源；所述第一CCD成像系统和第二CCD成像系统对称设置于待测透镜的斜上方和斜下方，所述透镜装调机构包括倾斜调整部和旋转测量部。

进一步的，所述分划板为十字分划板。

激光三角法透镜中心厚度测量装置，测量方法如下：

步骤一：将待测透镜安装在透镜装调机构上；

步骤二：打开激光光源，激光光源发出的激光经过分束棱镜转向后落在待测透镜上，在待测透镜的上、下表面分别发生反射和散射，待测透镜上、下表面的反射光经分束棱镜后到达分划板，在分划板上形成激光点，视频监视器接收激光点信号后通过激光点在分划板上的位置判断待测透镜的偏心和倾斜误差，对待测透镜的偏心和倾斜误差进行调整；

步骤三：待测透镜的上表面散射光由第一CCD成像系统接收成像，通过三角定位方法获得待测透镜上表面M‘到待测透镜基准平面M的距离；待测透镜的下表面散射光由第二CCD成像系统接收成像，通过三角定位方法获得下表面M“到待测透镜基准平面M的距离，最终测量计算得待测透镜的中心厚度。