[发明专利]双边错位差动共焦透镜中心厚度测量方法

摘要

本发明双边错位差动共焦透镜中心厚度测量方法，属于光学精密测量技术领域。本发明在共焦测量系统中，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的特性对被测透镜中心厚度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精确得到透镜的中心厚度，实现透镜中心厚度的高精度测量。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，在光学精密测量技术领域具有广泛的应用前景。

主权项

1.双边错位差动共焦透镜中心厚度测量方法，其特征在于：包括以下步骤，a)打开点光源(1)，调整被测透镜(6)使其与测量物镜(4)和准直透镜(3)共光轴，点光源(1)发出的光经分束镜(2)、准直透镜(3)和测量物镜(4)后汇聚成测量光束(5)照射在被测透镜(6)上，被测透镜(6)顶点反射的测量光束(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共焦探测系统(7)，形成的测量艾里斑(10)被CCD探测器(9)探测；；b)沿光轴方向移动被测透镜(6)使测量光束(5)的焦点与被测透镜(6)的顶点A位置重合；在所述透镜顶点位置附近轴向扫描测量物镜(4)或被测透镜(6)，将横向相减共焦探测系统(7)中大虚拟针孔探测域(11)探测的大虚拟针孔探测共焦特性曲线(13)I_B(z)和小虚拟针孔探测域(12)探测的小虚拟针孔探测共焦特性曲线(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；c)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)精确确定汇聚测量光束(5)焦点与被测透镜(6)的顶点的重合位置，进而确定被测透镜(6)的透镜顶点A位置Z₁；d)继续沿光轴方向移动测量物镜(4)或被测透镜(6)，使测量光束(5)的焦点与被测透镜(6)的后表面顶点B重合；在该透镜顶点B位置附近轴向扫描测量物镜(4)或被测透镜(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，得到与测量物镜(4)焦点附近对应的第二错位相减差动共焦特性曲线(22)，主控计算机(24)按着步骤c)通过对第二错位相减差动共焦特性曲线(22)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被测透镜(6)的后表面顶点位置B，记录此时被测透镜(6)后表面顶点位置B的位置Z₂；e)根据建立的光线追迹及其补偿模型，得到透镜中心厚度d的计算公式如下：代入已知参数：测量光束(5)的数值孔径角α₀、被测透镜(6)的前表面曲率半径r₁和折射率n、空气折射率n₀和两次定焦位置之间的距离l＝|Z₂‑Z₁|，则得到被测透镜(6)的中心厚度d。