[发明专利]双边错位差动共焦透镜折射率测量方法

说明书

本发明属于光学精密测量技术领域，涉及一种双边错位差动共焦透镜折射率测量方法。该方法在共焦测量系统中，首先在CCD探测的艾丽斑图像上通过软件设置大、小虚拟针孔探测区域并将其探测的两条共焦特性曲线通过相减处理来锐化共焦特性曲线，其次将锐化共焦特性曲线进行双边错位差动相减处理来得到轴向高灵敏的差动共焦特性曲线，然后利用该双边错位差动共焦特性曲线零点与共焦测量系统焦点精确对应这一特性对被测透镜顶点位置进行高精度定焦寻位，最后通过光线追迹补偿计算来精确得到透镜折射率，实现透镜折射率的高精度测量。该方法与已有的透镜折射率测量方法相比，具有测量精度高、抗环境干扰能力强和结构简单等优势，在光学精密测量技术领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及双边错位差动共焦透镜折射率测量方法，尤其涉及用于透镜折射率的非接触式高精度测量方法，属于光学精密测量技术领域。

背景技术

球面透镜是光学系统中最重要的元件之一。球面透镜的折射率是其基本参数，直接决定透镜的焦距、主平面位置等性能参数，因而球面透镜折射率测量一直是光学测量中最基本的问题。目前测量玻璃折射率的主要方法是：V棱镜法和直角照射法。这两种方法的测量精度很高，但是需要将透镜材料加工成特定的形状，因此无法直接用于透镜折射率测量。上述两方法适用于制作透镜以前，预先对该批次玻璃材料的折射率进行测量时使用，但是由于玻璃材质具有一定的不均匀性，同一批次的玻璃折射率存在一定差异，这对于精密光学元件来说是不可忽略的，因此，对透镜折射率进行非接触高精度测量十分必要。

为此，国内学者提出了无损的测量方法，发表的文献主要包括：《武汉测绘科技大学学报》的《透镜折射率的高精度非接触测量方法》，《哈尔滨理工大学学报》的《用环形横向剪切干涉仪测量透镜的折射率》。此类技术主要采用了浸液法，即调制不同折射率液体的混合比例使混合液体的折射率与被测透镜匹配，再利用阿贝法等方法测量混合液的折射率，从而得到被测透镜的折射率。该方法的测量精度比传统透镜成像测量方法有所提高，但是配置折射率液的过程繁琐，难以实现工程化。

国外方面，EduardoA.Barbosa等学者在文献《Refractive and geometric lenscharaterization through multi-wavelength digitalspeckle pattern interferometry》(Optics Communications,281,1022-1029,2008)中提出采用多模激光干涉的方法测量透镜的折射率。该方法测量过程简便，但是数据处理过程繁琐，干涉条纹易受环境干扰，测量精度不高。Hiroyuki Suhara在《Interferometric measurement of the refractive-index distribution in plastic lenses by use of computed tomog raphy》(AppliedOptics,41,25,2002)中提出使用浸液法与干涉法结合的方法测量透镜折射率。该方法的测量精度很高，但是需要使用复杂的温控系统，计算繁琐，而且测量样品的绝对折射率需要使用其他方法测量得到。

本发明人曾于2010年申请国家专利“基于差动共焦技术的透镜折射率与厚度的测量方法”，通过差动共焦原理精确定焦透镜的前后表面顶点位置以及有、无被测镜时平面反射镜的位置，实现了透镜折射率的测量，并可同时测得透镜的折射率。但是必须使用两路探测器，并且这两路探测器的位置需保证离焦量相等，系统结构、装调过程比较复杂，装调不准所引入的误差可能较大；更换被测镜后，两探测器的离焦量可能需要重新调整。

为了进一步提高透镜折射率的测量精度，本发明提出了一种双边错位差动共焦透镜折射率测量方法，该方法通过相减处理锐化共焦特性曲线，通过锐化共焦特性曲线的双边错位差动相减处理得到轴向高灵敏的差动共焦特性曲线，然后利用该双边错位差动共焦特性曲线零点对被测透镜折射率测量顶点位置进行高精度定焦寻位，最后通过光线追迹补偿计算来精确得到透镜的折射率，实现透镜折射率的高精度测量。

发明内容