[发明专利]横向相减差动共焦曲率半径测量方法有效

专利信息
申请号: 201910316312.6 申请日: 2019-04-19
公开(公告)号: CN109990732B 公开(公告)日: 2020-12-11
发明(设计)人: 赵维谦;姚竹贤;邱丽荣 申请(专利权)人: 北京理工大学;北京航天控制仪器研究所
主分类号: G01B11/255 分类号: G01B11/255
代理公司: 北京正阳理工知识产权代理事务所(普通合伙) 11639 代理人: 王民盛
地址: 100081 *** 国省代码: 北京;11
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摘要: 发明属于光学精密测量技术领域,涉及一种横向相减激光差动共焦曲率半径测量方法。该方法将差动共焦探测器中焦前焦后两路探测器探测到的光斑分别采用不同大小虚拟针孔进行横向相减得到锐化后的横向相减共焦响应曲线,将两路横向相减共焦响应曲线差动相减后得到横向相减差动共焦响应曲线,根据横向相减差动共焦响应曲线的过零点精确确定被测球面的“共焦”位置和“猫眼”位置,得到被测球面曲率径的精确值。本发明中横向相减激光差动共焦的光强响应曲线过零点附近的斜率大于传统的差动共焦光强响应曲线,因而定焦灵敏度高,测量精度得到提高,并且抗环境干扰能力强。本方法测量精度高,抗表面散射和环境干扰能力强。
搜索关键词: 横向 差动 曲率 半径 测量方法
【主权项】:
1.横向相减差动共焦曲率半径测量方法,其特征在于:包括以下步骤:a)打开点光源(1),调整被测球面样品(5)使其与准直透镜(3)和测量物镜(4)共光轴,其发出的光经分束镜(2)、准直透镜(3)后出射平行光束,测量物镜(4)后将准直透镜(3)出射的平行光束汇聚成测量光束照射在被测球面样品(5)上;b)由被测球面样品(5)反射回来的光通过测量物镜(4)和准直透镜(3)被分束镜(2)反射,反射的光束聚焦为测量光斑,并被横向相减差动共焦探测系统(6)探测;c)沿光轴方向移动被测球面样品(5),使测量光束的焦点与被测球面样品(5)的球心重合,即被测球面样品(5)处于“共焦”位置;在该“共焦”位置附近扫描被测球面样品(5),将横向相减差动共焦探测系统(6)中焦前大虚拟针孔探测域(13)探测的焦前大虚拟针孔探测共焦特性曲线(18)IB1(z,‑uM),和焦前小虚拟针孔探测域(14)探测到的焦前小虚拟针孔探测共焦特性曲线(19)IS1(z,‑uM)进行相减处理,得到半高宽压缩的焦前横向相减锐化共焦特性曲线(20)I1(z,‑uM)=IS1(z,‑uM)‑γIB1(z,‑uM);将横向相减差动共焦探测系统(6)中焦后大虚拟针孔探测域(16)探测的焦后大虚拟针孔探测共焦特性曲线(21)IB2(z,+uM),和焦后小虚拟针孔探测域(17)探测到的焦后小虚拟针孔探测共焦特性曲线(22)IS2(z,+uM)进行相减处理,得到半高宽压缩的焦后横向相减锐化共焦特性曲线(23)I2(z,+uM)=IS2(z,+uM)‑γIB2(z,+uM);其中z为轴向坐标,γ为调节因子,uM为焦前CCD探测器(9)偏离焦前显微物镜(8)焦平面距离M的归一化距离,也是焦后CCD探测器(11)偏离焦后显微物镜(10)焦平面距离M的归一化距离;将焦后横向相减锐化共焦特性曲线(23)I2(z,+uM)和焦前横向相减锐化共焦特性曲线(20)I1(z,‑uM)进行差动相减,即得到轴向高灵敏的离散横向相减差动共焦特性曲线(24)ID(z):ID(z)=I2(z,+uM)‑I1(z,‑uM)      (1)通过离散横向相减差动共焦特性曲线(24)ID(z)的拟合直线零点(26)来确定被测球面样品(5)的“共焦”位置,进而精确被测球面样品(5)的位置Z1;d)继续沿光轴向测量物镜(4)的方向移动被测球面样品(5),使测量光束的焦点与被测球面样品(5)的顶点位置重合即“猫眼”位置,然后测量光束被被测球面样品(5)反射,并原路返回进入横向相减差动共焦探测系统(6)被探测;在顶点位置附近扫描被测球面样品(5),由横向相减差动共焦探测系统(6)测得离散横向相减差动共焦特性曲线(24),主控计算机(28)通过差动共焦线性拟合直线(25)的拟合直线零点(26)来精确确定测量物镜(4)的焦点位置Z2,记录此时被测球面样品(5)的“猫眼”位置Z2;e)计算被测球面样品(5)的曲率半径r=|Z1‑Z2|。
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