[发明专利]横向相减差动共焦透镜折射率测量方法

摘要

本发明公开的横向相减差动共焦透镜折射率测量方法，属于光学精密测量技术领域。本发明公开的横向相减差动共焦透镜折射率测量方法，在共焦测量系统中，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，将锐化共焦特性曲线进行差动相减处理得到轴向高灵敏的差动共焦特性曲线，利用该差动共焦特性曲线零点与差动共焦测量系统焦点精确对应的特性对被测透镜折射率测量时各顶点位置进行高精度定焦寻位，通过光线追迹补偿精确得到透镜的折射率，实现透镜折射率的高精度测量。本发明具有测量精度高、抗环境干扰能力强和结构简单等优势，在光学精密测量领域具有广泛的应用前景。

主权项

1.横向相减差动共焦透镜折射率测量方法，其特征在于：包括以下步骤，a)打开点光源(1)，点光源(1)发出的光经分束镜(2)、准直透镜(3)和测量物镜(4)后形成聚焦测量光束(5)照射在被测透镜(6)上；b)调整被测透镜(6)使其与测量物镜(4)和准直透镜(3)共光轴，使准直透镜(3)出射的平行光束经测量物镜(4)汇聚成聚焦测量光束(5)聚焦在被测透镜(6)顶点A上，被测透镜(6)顶点反射的聚焦测量光束(5)再经测量物镜(4)和准直透镜(3)后被分束镜(2)反射进入到横向相减差动共焦探测系统(7)，测量光束形成焦前测量艾里斑(13)后被焦前CCD探测器(10)探测；c)沿光轴方向测量物镜(4)使聚焦测量光束(5)的焦点与被测透镜(6)的顶点A位置重合；在被测透镜(6)顶点A位置附近轴向扫描测量物镜(4)，将横向相减差动共焦探测系统(7)中焦前大虚拟针孔探测域(14)和焦前小虚拟针孔探测域(15)分别探测的焦前大虚拟针孔探测共焦特性曲线(19)I_B1(z,‑u_M)和焦前小虚拟针孔探测共焦特性曲线(20)I_S1(z,‑u_M)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(21)I₁(z,‑u_M)＝I_S1(z,‑u_M)‑γI_B1(z,‑u_M)，将横向相减差动共焦探测系统(7)中焦后大虚拟针孔探测域(17)和焦后小虚拟针孔探测域(18)分别探测的焦后大虚拟针孔探测共焦特性曲线(22)I_B2(z,+u_M)和焦后小虚拟针孔探测共焦特性曲线(23)I_S2(z,+u_M)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(24)I₂(z,+u_M)＝I_S2(z,+u_M)‑γI_B2(z,+u_M)，其中z为轴向坐标，γ为调节因子，u_M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(24)I₂(z,+u_M)和焦前横向相减锐化共焦特性曲线(21)I₁(z,‑u_M)进行差动相减即得到轴向高灵敏的横向相减差动共焦特性曲线一(25)I_D(z)：I_D(z)＝I₂(z,+u_M)‑I₁(z,‑u_M)  (1)通过横向相减差动共焦特性曲线一(25)I_D(z)的拟合直线零点(28)来确定被测透镜(6)的前表面顶点A，进而精确确定被测透镜(6)的前表面顶点A的位置Z₁；d)继续沿光轴方向移动测量物镜(4)，使聚焦测量光束(5)的焦点与被测透镜(6)的后表面顶点B重合；在所述透镜顶点B位置附近轴向扫描测量物镜(4)，此时聚焦测量光束(5)被被测透镜(6)后表面顶点位置B原路反射进入横向相减差动共焦探测系统(7)被探测；在该位置附近扫描测量物镜(4)，由横向相减差动共焦探测系统(7)测得离散横向相减差动共焦特性曲线二(26)，主控计算机(30)通过差动共焦线性拟合直线(27)的拟合直线零点(28)精确确定被测透镜(6)的焦点位置B，记录此时聚焦测量光束(5)的焦点位置Z₂；f)根据建立的光线追迹补偿模型，得到透镜折射率n满足以下公式：代入已知参数：测量光束的数值孔径角α₁、被测透镜的前表面曲率半径r₁、空气折射率n_air、被测透镜中心厚度t和两次定焦位置之间的距离d₁＝|Z₂‑Z₁|，即可计算得出被测透镜的折射率n。