[发明专利]双边错位差动共焦超长焦距测量方法

权利要求书

1.双边错位差动共焦超长焦距测量方法，其特征在于：包括以下步骤，

a)打开点光源(1)，点光源(1)发出的光透过分束镜(2)、准直透镜(3)和参考透镜(4)后照射在平面反射镜(6)；

b)调整平面反射镜(6)使其与参考透镜(4)和准直透镜(3)共光轴，使准直透镜(3)出射的平行光束经参考透镜(4)汇聚成测量光束(5)聚焦在平面反射镜(6)的A点上，平面反射镜(6)反射的聚焦测量光束(5)再经参考透镜(4)和准直透镜(3)后被分束镜(2)反射进入到横向相减共焦探测系统(7)，主控计算机(24)中的测量软件通过图像采集系统(23)获得由CCD探测器(9)采集到的测量艾里斑(10)；所述横向相减共焦探测系统(7)由显微物镜(8)和探测器(9)构成；被分束镜(2)反射的光束经过显微物镜(8)后被探测器(9)采集；

c)沿光轴方向移动平面反射镜(6)使测量光束(5)的焦点与平面反射镜(6)的A点位置重合，在该A点位置附近沿轴向使平面反射镜(6)进行扫描，将横向相减共焦探测系统(7)中大虚拟针孔探测域(11)探测的大虚拟针孔共焦特性曲线(13)I_B(z)和小虚拟针孔探测域(12)探测的小虚拟针孔共焦特性曲线(14)I_S(z)进行相减处理得到半高宽压缩的锐化共焦特性曲线(15)I(z)＝I_S(z)-γI_B(z)，其中z为轴向坐标，γ为调节因子；

大虚拟针孔探测域(11)、小虚拟针孔探测域(12)探测共焦特性曲线的获取和优化方法为：在CCD探测器(9)探测测量艾里斑(10)的每帧图像上选取一个特定大小的同心圆域，对大圆域内的每个像素光强进行积分得到一条共焦强度响应曲线I_B(z)，对小圆域内的每个像素光强积分得到一条共焦强度响应曲线I_S(z)，然后将I_B(z)和I_S(z)进行相减处理得到半高宽压缩的锐化共焦特性曲线(15)I(z)＝I_S(z)-γI_B(z)，改变调节因子γ实现共焦特性曲线的优化；

由横向相减共焦探测系统(7)通过处理测得的测量艾里斑(10)得到锐化共焦特性曲线(15)，实现方法如下：

步骤一、平面反射镜(6)扫描过程中，通过CCD探测器(9)探测测量艾里斑(10)，以测量艾里斑(10)的重心为中心，在CCD探测器(9)每帧探测图像上选定预设大小的大虚拟针孔探测域(11)，将大虚拟针孔探测域(11)中每个像素上的强度进行积分，得出大虚拟针孔共焦特性曲线(13)；

步骤二、同时以CCD探测器(9)探测的测量艾里斑(10)的重心为中心，选择另一个小虚拟针孔探测域(12)，所述小虚拟针孔探测域(12)的尺寸小于大虚拟针孔探测域(11)，积分小虚拟针孔探测域(12)的强度得到小虚拟针孔共焦特性曲线(14)，小虚拟针孔共焦特性曲线(14)的半高宽和峰值强度均低于大虚拟针孔共焦特性曲线(13)；

步骤三、将大虚拟针孔共焦特性曲线(13)乘以调节因子γ，使得大虚拟针孔共焦特性曲线(13)的光强是小虚拟针孔共焦特性曲线(14)的1/2倍；

步骤四、将小虚拟针孔共焦特性曲线(14)减去乘以调节因子γ后的大虚拟针孔共焦特性曲线(13)，得到锐化共焦特性曲线(15)；

d)将锐化共焦特性曲线(15)沿横向坐标平移S得到平移锐化共焦特性曲线(16)，并使锐化共焦特性曲线(15)和平移锐化共焦特性曲线(16)的侧边交汇，对锐化共焦特性曲线(15)和平移锐化共焦特性曲线(16)分别进行同横坐标点插值处理后，再进行逐点相减处理得到第一错位相减差动共焦特性曲线(17)I_D(z)＝I(z)-I(z,-S)，利用差动共焦线性拟合直线(18)对第一错位相减差动共焦特性曲线(17)的线性段数据进行直线拟合，通过反向回移差动共焦线性拟合直线(18)S/2位置的回移差动共焦拟合直线(20)的移位拟合直线零点(21)来精确确定测量光束(5)的焦点与平面反射镜(6)的顶点的重合位置，进而得到平面反射镜(6)的位置Z₁；

e)将被测透镜(31)插入准直透镜(3)和参考透镜(4)之间，并调整被测透镜(31)使其与准直透镜(3)和参考透镜(4)同光轴，则测量光束(5)的焦点位置由A变到B；

f)沿光轴方向相向移动平面反射镜(6)，使测量光束(5)的焦点与平面反射镜(6)的表面重合，在所述焦点与表面重合位置附近轴向扫描平面反射镜(6)，由横向相减共焦探测系统(7)通过处理测得的测量艾里斑(10)得到锐化共焦特性曲线(15)后，再进行双边错位相减处理得到与平面反射镜(6)的透镜表面B点对应的第二错位相减差动共焦特性曲线(22)，主控计算机(24)按着e)的步骤通过对第二错位相减差动共焦特性曲线(22)再进行线性拟合、拟合直线回移及确定回移拟合直线零点来精确确定平面反射镜(6)的位置B，记录此时平面反射镜(6)的位置Z₂，同时测得被测透镜(31)和参考透镜(4)之间的距离d₀，计算平面反射镜(6)位置A和位置B之间的距离Δ＝Z₂-Z₁；

g)由下式计算被测透镜(31)与参考透镜(4)的主平面间距d：

其中，被测透镜(31)参数为：厚度b₁、折射率n₁、曲率半径r₁₁、r₁₂；参考透镜(4)参数为：焦距f₂'、厚度b₂、折射率n₂、曲率半径r₂₁、r₂₂；

h)由下式计算被测透镜(31)的焦距值：

2.根据权利要求1所述的双边错位差动共焦超长焦距测量方法，其特征在于：在光路中增加环形光瞳对测量光束(5)进行调制，形成环形光束，降低测量元件参数时波像差对测量光束(5)的影响，减少测量误差。