專利名稱：鏡頭中光學(xué)表面中心間距的非接觸式測(cè)量方法及測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種鏡頭中光學(xué)表面中心間距的非接觸式測(cè)量方法及測(cè)量裝置，它適用于光學(xué)裝校過(guò)程中對(duì)鏡頭或鏡頭組的空氣間隔或透鏡中心厚度的檢測(cè)。
背景技術(shù)：
光學(xué)系統(tǒng)的裝校，特別是物鏡的裝校直接影響光學(xué)儀器成像質(zhì)量和性能，是非常關(guān)鍵的工藝。物鏡的裝校過(guò)程主要有三個(gè)方面的要求1)校正每個(gè)面的偏心誤差；幻保證空氣間隔；；3)在安裝牢固的前提下，保證鏡面不變形?？諝忾g隔的測(cè)量和控制是物鏡生產(chǎn)的關(guān)鍵工藝之一。如果空氣間隔不能嚴(yán)格控制，會(huì)帶來(lái)球差、色差及影響焦距、倍率等，甚至嚴(yán)重影響物鏡成像質(zhì)量?？諝忾g隔的測(cè)量和控制是物鏡生產(chǎn)的關(guān)鍵工藝之一。目前光學(xué)表面間距有多種測(cè)量方法，主要分為兩類接觸式測(cè)量和非接觸式測(cè)量。 國(guó)內(nèi)仍然普遍沿用接觸式方法進(jìn)行測(cè)量。接觸式測(cè)量方法通常有兩種一是測(cè)量前一透鏡的上頂點(diǎn)與后一透鏡的上頂點(diǎn)的距離，然后減去透鏡厚度；二是測(cè)量球面頂點(diǎn)到鏡座斷面的距離。接觸式測(cè)量?jī)x器主要有百分表、千分表或光柵測(cè)微儀等。接觸式測(cè)量的主要缺點(diǎn)是容易劃傷透鏡表面。為避免劃傷，通常在測(cè)量頭與被測(cè)表面之間加一層保護(hù)紙，因此測(cè)量精度低。而且接觸式測(cè)量的耗時(shí)長(zhǎng)，無(wú)法在光學(xué)加工和裝較的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)引導(dǎo)。對(duì)于有些鍍有特殊膜層的表面，嚴(yán)禁接觸式測(cè)量，因此必須采用非接觸式測(cè)量。在中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枴?1133730. 3”中提出了一種新型非接觸式光學(xué)系統(tǒng)空氣間隔測(cè)量方法，由Fizeau干涉儀構(gòu)成主要光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)，使干涉儀標(biāo)準(zhǔn)鏡頭的焦點(diǎn)聚于被測(cè)透鏡的頂點(diǎn)上，通過(guò)一光電成像轉(zhuǎn)換器將被測(cè)透鏡鏡面頂點(diǎn)波前翻轉(zhuǎn)自準(zhǔn)干涉而予以定位， 指示光柵與干涉儀的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭聯(lián)動(dòng)，通過(guò)光柵傳感器和數(shù)顯表組成的讀數(shù)系統(tǒng)讀取標(biāo)準(zhǔn)鏡頭的移動(dòng)量從而獲取光學(xué)系統(tǒng)的空氣間隔值。該測(cè)量方法相比接觸式測(cè)量具有以下優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了非接觸式無(wú)損測(cè)量，大大提高了測(cè)量精度；可用于鍍膜等特殊透鏡的裝校檢測(cè)；讀數(shù)方便簡(jiǎn)單。該測(cè)量方法實(shí)現(xiàn)了非接觸式測(cè)量，但其自身仍然存在很多缺陷標(biāo)準(zhǔn)鏡頭的焦點(diǎn)定位由調(diào)整干涉條紋的彎曲程度實(shí)現(xiàn)，調(diào)整過(guò)程中操作繁瑣，工作量較大，引入了較大的人為誤差。光學(xué)相干層析技術(shù)(OCT)是一種新近發(fā)展的層析技術(shù)，將低相干干涉儀和共焦掃描顯微術(shù)結(jié)合在一起，利用外差探測(cè)技術(shù)來(lái)獲取樣品的內(nèi)部信息，其成像深度達(dá)mm量級(jí)， 空間分辨率保持在μ m量級(jí)，是一種在很多領(lǐng)域具有廣闊前景的高分辨率無(wú)損實(shí)時(shí)成像工具。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種鏡頭中光學(xué)表面中心間距的非接觸式測(cè)量方法及測(cè)量裝置，可以非接觸地測(cè)量鏡頭中光學(xué)表面中心間距，同時(shí)具有測(cè)量精度高、數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單、可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)引導(dǎo)、使用靈活的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明提供的技術(shù)方案為一種鏡頭中光學(xué)表面中心間距的非接觸式測(cè)量方法， 步驟如下步驟10，對(duì)待測(cè)鏡頭第一個(gè)光學(xué)表面進(jìn)行光學(xué)相干層析成像；其中，步驟10之前還包括步驟00，使樣品臂掃描光束通過(guò)待測(cè)鏡頭光軸；所述使樣品臂掃描光束通過(guò)待測(cè)鏡頭光軸的判定標(biāo)準(zhǔn)為，遮掩參考臂反射光后，光電探測(cè)器探測(cè)到的光強(qiáng)最大。步驟20，改變相干層析成像起始位置，對(duì)待測(cè)鏡頭下一個(gè)光學(xué)表面進(jìn)行光學(xué)相干層析成像；其中，步驟20包括步驟21，使相干層析成像起始位置移動(dòng)Δ z，獲得一光學(xué)相干層析圖像；步驟22，觀察步驟21中獲得的光學(xué)相干層析圖像中是否有下一個(gè)光學(xué)表面的特征圖像，若否繼續(xù)執(zhí)行步驟21，若是執(zhí)行步驟23 ；步驟23，記此次相干層析成像起始位置移動(dòng)總量為Xi，i e {1,2, ... , N-1}，N為與待測(cè)光學(xué)表面間距相關(guān)的光學(xué)表面總數(shù)，即有N-I個(gè)相鄰光學(xué)表面間距。步驟30，若已得到與待測(cè)鏡頭的待測(cè)光學(xué)表面間距相關(guān)的全部光學(xué)表面的特征圖像，執(zhí)行步驟40，否則執(zhí)行步驟20 ；步驟40，對(duì)已得到的特征圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，求得所需的光學(xué)表面間距值；其中，步驟40包括步驟41，在已得到的特征圖像中確定光學(xué)表面中心位置，記第j個(gè)光學(xué)表面在其特征圖像中的像素點(diǎn)位置為z」，j e {1，2，...，N}；步驟42，計(jì)算相鄰兩光學(xué)表面間距值，并記第i個(gè)相鄰光學(xué)表面間距值為Ii,計(jì)算公式為(= (Ζ +1_Ζ ) + Χ ， e {1，2，...，N-1}，Xi為對(duì)應(yīng)相干層析成像起始位置移動(dòng)量，ni
nr
為間隔的材料折射率，d為層析圖像單個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)光程值；步驟43，根據(jù)步驟42得到的相鄰兩光學(xué)表面間距值得到所需兩光學(xué)表面間距值。其中，步驟00中所述掃描光束為細(xì)平行光束。其中，步驟20中改變相干層析成像起始位置的方法為移動(dòng)樣品臂中光纖準(zhǔn)直器或者移動(dòng)光學(xué)延遲線中光纖準(zhǔn)直器，或者同時(shí)移動(dòng)樣品臂中光纖準(zhǔn)直器和光學(xué)延遲線中光纖準(zhǔn)直器。其中，步驟30中所述特征圖像為光學(xué)相干層析成像得到的二維橫截面層析圖像。其中，步驟21中所述Δ ζ小于相干層析成像系統(tǒng)軸向成像范圍。其中，所述相干層析成像起始位置移動(dòng)是沿光線入射方向向樣品位置移動(dòng)。本發(fā)明還提供一種鏡頭中光學(xué)表面中心間距的非接觸式測(cè)量裝置，該測(cè)量裝置包括寬帶光源，光纖耦合器，兩個(gè)偏振控制器，位相調(diào)制器，光學(xué)延遲線，樣品掃描裝置，光電探測(cè)器，低噪聲前置放大器，數(shù)據(jù)采集卡，計(jì)算機(jī)；該測(cè)量裝置采用光纖化的邁克爾遜干涉結(jié)構(gòu)，從寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)光纖耦合器分光后，分別進(jìn)入?yún)⒖急酆蜆悠繁?；進(jìn)入?yún)⒖急鄣囊宦芬来瓮ㄟ^(guò)偏振控制器、位相調(diào)制器和光學(xué)延遲線，光學(xué)延遲線采用譜域快速掃描延遲線，光學(xué)延遲線由光纖準(zhǔn)直器，衍射光柵， 傅里葉透鏡，掃描振鏡，反射鏡組成；進(jìn)入樣品臂的一路通過(guò)另一個(gè)偏振控制器和樣品掃描裝置，樣品掃描裝置包括光纖準(zhǔn)直器，高精度導(dǎo)軌，電動(dòng)微位移平臺(tái)和待測(cè)樣品，兩路反射光在光纖耦合器匯合時(shí)發(fā)生干涉，干涉信號(hào)由光電探測(cè)器探測(cè)后，在低噪聲前置放大器進(jìn)行放大、濾波，然后接入數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于1、本發(fā)明所述的鏡頭中光學(xué)表面中心間距的非接觸式測(cè)量方法，對(duì)樣品無(wú)損，可靈活應(yīng)用于裝校及檢測(cè)領(lǐng)域；2、本發(fā)明利用了光學(xué)相干層析成像技術(shù)，因此測(cè)量精度高，可達(dá)微米量級(jí)；3、本發(fā)明使用細(xì)平行光束掃描，并由高精度導(dǎo)軌移動(dòng)光纖準(zhǔn)直器，進(jìn)而改變層析成像范圍，測(cè)量范圍達(dá)幾十毫米；數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單。


圖1為本發(fā)明工作流程圖；圖2為本發(fā)明檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施方案采用的光學(xué)延遲線結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施方案采用的樣品掃描裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為數(shù)據(jù)處理示意圖；圖6物鏡樣品間距測(cè)量結(jié)果示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖2所示，本發(fā)明裝置包括寬帶光源1，光纖耦合器2，偏振控制器3、4，位相調(diào)制器5，光學(xué)延遲線6，樣品掃描裝置7，光電探測(cè)器8，低噪聲前置放大器9，數(shù)據(jù)采集卡10，計(jì)算機(jī)11。測(cè)量裝置采用光纖化的邁克爾遜干涉結(jié)構(gòu)，從寬帶光源1發(fā)出的光經(jīng)光纖耦合器 2分光后，分別進(jìn)入?yún)⒖急酆蜆悠繁?。進(jìn)入?yún)⒖急鄣囊宦芬来瓮ㄟ^(guò)偏振控制器3、位相調(diào)制器5和光學(xué)延遲線6，光學(xué)延遲線6選用譜域快速掃描延遲線(Rapid Scan Optical Delay Line, RSOD)，光學(xué)延遲線6由光纖準(zhǔn)直器12，衍射光柵13，傅里葉透鏡14，掃描振鏡15，反射鏡16組成，如圖3所示；進(jìn)入樣品臂的一路通過(guò)偏振控制器4和樣品掃描裝置7，樣品掃描裝置7包括光纖準(zhǔn)直器18，高精度導(dǎo)軌17，電動(dòng)微位移平臺(tái)19和待測(cè)樣品20，如圖4所示。兩路反射光在光纖耦合器2匯合時(shí)發(fā)生干涉，干涉信號(hào)由光電探測(cè)器8探測(cè)后，在低噪聲前置放大器9進(jìn)行放大、濾波，然后接入數(shù)據(jù)采集卡10和計(jì)算機(jī)11。本發(fā)明的原理是由于寬帶光源1的低相干性，當(dāng)參考臂光程固定時(shí)，只有參考臂反射光與樣品臂后向反射光光程差小于寬帶光源1的相干長(zhǎng)度，才能發(fā)生干涉，即只有樣品特定深度的后向反射光才能發(fā)生干涉，干涉光光強(qiáng)在兩臂光程差為零時(shí)最大，隨著光程差的增加而迅速減小。當(dāng)光學(xué)延遲線6進(jìn)行光程掃描時(shí)，分別與樣品不同深度的后向反射光發(fā)生干涉，干涉信號(hào)包絡(luò)代表樣品深度方向上折射率信息。對(duì)于折射率突變的光學(xué)表面， 包絡(luò)中心代表光學(xué)表面位置信息，因此相鄰包絡(luò)的中心距離就代表相鄰光學(xué)表面的間距， 而且光學(xué)延遲線6的光程變化是嚴(yán)格可控的，所以通過(guò)獲取相鄰包絡(luò)中心對(duì)應(yīng)的光程差， 再除以相鄰光學(xué)表面之間材料折射率就可以得到其間距值。
光電探測(cè)器8產(chǎn)生的電流信號(hào)首先送到低噪聲前置放大器9，進(jìn)行放大、電壓轉(zhuǎn)換、濾波，將直流分量濾掉，再由數(shù)據(jù)采集卡10進(jìn)行數(shù)據(jù)采集送入計(jì)算機(jī)11，進(jìn)行希爾伯特變換提取干涉信號(hào)的包絡(luò)信息，即振幅信息，然后將振幅信號(hào)轉(zhuǎn)換為圖像灰度值，計(jì)算機(jī)根據(jù)相應(yīng)算法得到樣品相應(yīng)深度范圍的特征圖像，該算法為現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)成熟應(yīng)用，此處不做詳述。由上面所述，特征圖像的軸向灰度包絡(luò)即為干涉信號(hào)包絡(luò)。對(duì)于折射率突變的光學(xué)表面，灰度極值點(diǎn)代表光學(xué)表面位置信息，因此灰度極值點(diǎn)之間的距離就代表相應(yīng)光學(xué)表面的間距，而且光學(xué)延遲線6的光程變化是嚴(yán)格可控的，成像深度方向范圍是可以精確標(biāo)定的，所以通過(guò)獲取灰度極值點(diǎn)在特征圖像中位置可以得到相應(yīng)光學(xué)表面與成像起始位置之間實(shí)際距離。光學(xué)延遲線6光程掃描范圍一般在1 3mm，而一個(gè)鏡頭的光學(xué)表面間光程差可達(dá)上百毫米。本發(fā)明中通過(guò)改變參考臂和樣品臂的光程匹配狀況從而得到不同深度范圍光學(xué)表面的干涉信號(hào)。當(dāng)參考臂不變，在樣品臂中通過(guò)高精度導(dǎo)軌17移動(dòng)光纖準(zhǔn)直器18，可能發(fā)生干涉的樣品深度范圍也隨之移動(dòng)；當(dāng)樣品臂不變，移動(dòng)參考臂中光纖準(zhǔn)直器12也有同樣的效果；或者也可以同時(shí)移動(dòng)參考臂中光纖準(zhǔn)直器12和樣品臂中移動(dòng)光纖準(zhǔn)直器18。 本實(shí)施方案中采用第一種方案，即參考臂不變，在樣品臂中通過(guò)高精度導(dǎo)軌17移動(dòng)光纖準(zhǔn)直器18。最后結(jié)合成像起始位置的移動(dòng)距離和相鄰光學(xué)表面在各自特征圖像中位置，計(jì)算相鄰光學(xué)表面的間距值。另外為擴(kuò)大穿透深度，在樣品臂中使用細(xì)平行光束進(jìn)行掃描。本實(shí)施方案中寬帶光源1為中心波長(zhǎng)為1310nm，半高全寬為95nm的近紅外寬帶光
？In ？ 22
源，根據(jù)公式，；，其相干長(zhǎng)度約為7. 97 μ m ；光纖耦合器2選用2 X 2寬帶耦合器，中心 π AA
波長(zhǎng)在1310nm，帶寬lOOnm，分光比50 50 ；高精度導(dǎo)軌17讀數(shù)精度1 μ m，用于光纖準(zhǔn)直器18的上下精確移動(dòng)，光纖準(zhǔn)直器18整形的細(xì)平行光束直徑為500 μ m。本實(shí)施方案中偏振控制器3用于參考臂反射光和樣品后向反射光的偏振態(tài)匹配， 從而提高系統(tǒng)信噪比。采用了干涉信號(hào)載頻技術(shù)，將參考臂中位相調(diào)制器5的調(diào)制頻率設(shè)在500kHz，使信號(hào)與低頻噪聲在頻域上能有效分離。采用低噪聲前置放大器實(shí)施電路濾波及后續(xù)軟件的數(shù)字濾波。該裝置對(duì)樣品在深度方向(ζ方向)掃描由RSOD實(shí)現(xiàn)，橫向掃描選擇樣品掃描方式，利用電動(dòng)微位移平臺(tái)17實(shí)現(xiàn)。使用信號(hào)發(fā)生器生成頻率為500Hz，峰峰值為2V的三角波信號(hào)驅(qū)動(dòng)掃描振鏡15， 信號(hào)發(fā)生器同時(shí)生成與三角波信號(hào)有固定延遲、占空比可調(diào)的門觸發(fā)矩陣信號(hào)，用于觸發(fā)數(shù)據(jù)采集卡10進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采樣頻率5M/S。本實(shí)施方案中設(shè)定門觸發(fā)矩陣信號(hào)相對(duì)三角波信號(hào)延遲20%，單次軸向掃描采樣2048點(diǎn)，系統(tǒng)軸向成像范圍1. 074mm(空氣中)，圖像分辨率為800*406，單個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)空氣中距離d為2. 645 μ m。下面對(duì)測(cè)量步驟作進(jìn)一步說(shuō)明(參見圖1)。步驟00，首先使樣品臂掃描光束通過(guò)待測(cè)鏡頭光軸，具體方法為打開光源，遮掩參考臂反射光后，微移待測(cè)鏡頭位置，當(dāng)光電探測(cè)器8探測(cè)到的光強(qiáng)最大時(shí)認(rèn)為掃描光束已通過(guò)待測(cè)鏡頭光軸。步驟10，對(duì)待測(cè)鏡頭第一個(gè)光學(xué)表面進(jìn)行光學(xué)相干層析成像。執(zhí)行軟件控制信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生三角波信號(hào)，驅(qū)動(dòng)光學(xué)延遲線6開始進(jìn)行光程掃描，同時(shí)觸發(fā)信號(hào)觸發(fā)數(shù)據(jù)采集卡10開始數(shù)據(jù)采集，電動(dòng)微位移平臺(tái)19做橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 計(jì)算機(jī)11進(jìn)行圖像重建并顯示，得到第一個(gè)光學(xué)表面的二維橫截面層析圖像。步驟20，改變相干層析成像起始位置，對(duì)待測(cè)鏡頭下一個(gè)光學(xué)表面進(jìn)行光學(xué)相干層析成像。沿光線入射方向向樣品位置移動(dòng)樣品臂中光纖準(zhǔn)直器18，移動(dòng)距離Δζ，相干層析成像起始位置也隨之移動(dòng)，方向相同，從而能夠?qū)悠犯钗恢眠M(jìn)行層析成像。光纖準(zhǔn)直器18移動(dòng)距離Δζ可由高精度導(dǎo)軌17讀出，Δζ小于系統(tǒng)軸向成像范圍(空氣中)，觀察圖像中是否包含下一個(gè)光學(xué)表面，若否繼續(xù)移動(dòng)光纖準(zhǔn)直器18 Δ ζ，若是執(zhí)行下一步驟，同時(shí)記光纖準(zhǔn)直器18移動(dòng)總量為&。ie {1，2，...，N-l}，N為與待測(cè)光學(xué)表面間距相關(guān)的光學(xué)表面總數(shù)，即有N-I個(gè)相鄰光學(xué)表面間距。步驟30，若已得到與待測(cè)光學(xué)表面間距相關(guān)的全部光學(xué)表面的特征圖像，執(zhí)行步驟40，否則執(zhí)行步驟20。步驟40，對(duì)已得到的特征圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，求得所需的光學(xué)表面間距值。步驟40包括步驟41，在特征圖像中確定光學(xué)表面中心位置，記第j個(gè)光學(xué)表面在其特征圖像中的像素點(diǎn)位置為Zj，j e {1，2，...，N}。沿圖像深度方向，做灰度值投射統(tǒng)計(jì)，在本實(shí)施方案中圖像大小為800*406，在每一深度位置(共406處)，統(tǒng)計(jì)所有像素點(diǎn)(800個(gè))灰度值的總和，極值點(diǎn)位置代表光學(xué)表
面位置。步驟42，計(jì)算相鄰兩光學(xué)表面間距值，并記第i個(gè)相鄰光學(xué)表面間距值為Ii,計(jì)算 ^%h = d{Zl+l~Zi) + Xl Λ e {1，2，...，N-l}，Xi為對(duì)應(yīng)相干層析成像起始位置移動(dòng)量，ni
nr
為間隔的材料折射率，d為層析圖像單個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)光程值。圖5為數(shù)據(jù)處理的示意圖。圖6為對(duì)一物鏡的測(cè)量結(jié)果示意圖，物鏡共5個(gè)光學(xué)表面，每個(gè)光學(xué)表面的特征圖像如圖中所示，按照上述數(shù)據(jù)處理方法計(jì)算得4個(gè)相鄰光學(xué)表面間距值分別為=I1 = 6. 021mm, I2 = 4. 066mm, I3 = 10. 750mm, I4 = 5. 929mm。步驟43，根據(jù)步驟42得到的相鄰兩光學(xué)表面間距值得到所需兩光學(xué)表面間距值。對(duì)圖6中物鏡所需的光學(xué)表面間距是空氣間隔即第3個(gè)光學(xué)表面與第4個(gè)光學(xué)表面的間距d、物鏡總厚度即第1個(gè)光學(xué)表面和第5個(gè)光學(xué)表面的間距L。由步驟42中已得到的4個(gè)相鄰光學(xué)表面間距值可得:d = I3 = 10. 750mm, L = 1廣12+13+14 = 26. 766mm。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離權(quán)利要求書確定的本發(fā)明的精神和范圍的條件下，還可以對(duì)以上內(nèi)容進(jìn)行各種各樣的修改。因此本發(fā)明的范圍并不僅限于以上的說(shuō)明，而是由權(quán)利要求書的范圍來(lái)確定的。
權(quán)利要求
1.一種鏡頭中光學(xué)表面中心間距的非接觸式測(cè)量方法，其特征在于，包括 步驟10，對(duì)待測(cè)鏡頭第一個(gè)光學(xué)表面進(jìn)行光學(xué)相干層析成像；步驟20，改變相干層析成像起始位置，對(duì)待測(cè)鏡頭下一個(gè)光學(xué)表面進(jìn)行光學(xué)相干層析成像；步驟30，若已得到與待測(cè)鏡頭的待測(cè)光學(xué)表面間距相關(guān)的全部光學(xué)表面的特征圖像， 執(zhí)行步驟40，否則執(zhí)行步驟20 ；步驟40，對(duì)已得到的特征圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，求得所需的光學(xué)表面間距值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鏡頭中光學(xué)表面中心間距的非接觸式測(cè)量方法，其特征在于，步驟10之前還包括步驟00，使樣品臂掃描光束通過(guò)待測(cè)鏡頭光軸；所述使樣品臂掃描光束通過(guò)待測(cè)鏡頭光軸的判定標(biāo)準(zhǔn)為，遮掩參考臂反射光后，光電探測(cè)器探測(cè)到的光強(qiáng)最大。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鏡頭中光學(xué)表面中心間距的非接觸式測(cè)量方法，其特征在于，步驟20包括步驟21，使相干層析成像起始位置移動(dòng)Δ z，獲得一光學(xué)相干層析圖像； 步驟22，觀察步驟21中獲得的光學(xué)相干層析圖像中是否有下一個(gè)光學(xué)表面的特征圖像，若否繼續(xù)執(zhí)行步驟21，若是執(zhí)行步驟23 ；步驟23，記此次相干層析成像起始位置移動(dòng)總量為Xi，i e {1,2, ... , N-1}，N為與待測(cè)光學(xué)表面間距相關(guān)的光學(xué)表面總數(shù)，即有N-I個(gè)相鄰光學(xué)表面間距。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鏡頭中光學(xué)表面中心間距的非接觸式測(cè)量方法，其特征在于，步驟40包括步驟41，在已得到的特征圖像中確定光學(xué)表面中心位置，記第j個(gè)光學(xué)表面在其特征圖像中的像素點(diǎn)位置為Zj，j e {1，2，...，N}；步驟42，計(jì)算相鄰兩光學(xué)表面間距值，并記第i個(gè)相鄰光學(xué)表面間距值為Ii,計(jì)算公式為li=h、+ x' Λ e {l，2，...，N-l}，Xi為對(duì)應(yīng)相干層析成像起始位置移動(dòng)量，Iii為間nr隔的材料折射率，d為層析圖像單個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)光程值；步驟43，根據(jù)步驟42得到的相鄰兩光學(xué)表面間距值得到所需兩光學(xué)表面間距值。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鏡頭中光學(xué)表面中心間距的非接觸式測(cè)量方法，其特征在于，所述掃描光束為細(xì)平行光束。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鏡頭中光學(xué)表面中心間距的非接觸式測(cè)量方法，其特征在于，步驟20中改變相干層析成像起始位置的方法為移動(dòng)樣品臂中光纖準(zhǔn)直器或者移動(dòng)光學(xué)延遲線中光纖準(zhǔn)直器，或者同時(shí)移動(dòng)樣品臂中光纖準(zhǔn)直器和光學(xué)延遲線中光纖準(zhǔn)直ο
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鏡頭中光學(xué)表面中心間距的非接觸式測(cè)量方法，其特征在于，步驟30中所述特征圖像為光學(xué)相干層析成像得到的二維橫截面層析圖像。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鏡頭中光學(xué)表面中心間距的非接觸式測(cè)量方法，其特征在于，步驟21中所述Δ ζ小于相干層析成像系統(tǒng)軸向成像范圍。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種鏡頭中光學(xué)表面中心間距的非接觸式測(cè)量方法，其特征在于，所述相干層析成像起始位置移動(dòng)是沿光線入射方向向樣品位置移動(dòng)。
10. 一種鏡頭中光學(xué)表面中心間距的非接觸式測(cè)量裝置，其特征在于，該測(cè)量裝置包括寬帶光源(1)，光纖耦合器O)，兩個(gè)偏振控制器(3、4)，位相調(diào)制器(5)，光學(xué)延遲線(6)，樣品掃描裝置(7)，光電探測(cè)器(8)，低噪聲前置放大器(9)，數(shù)據(jù)采集卡(10)，計(jì)算機(jī)(11)； 該測(cè)量裝置采用光纖化的邁克爾遜干涉結(jié)構(gòu)，從寬帶光源(1)發(fā)出的光經(jīng)光纖耦合器 (2)分光后，分別進(jìn)入?yún)⒖急酆蜆悠繁?；進(jìn)入?yún)⒖急鄣囊宦芬来瓮ㄟ^(guò)偏振控制器(3)、位相調(diào)制器(5)和光學(xué)延遲線(6)，光學(xué)延遲線(6)采用譜域快速掃描延遲線，光學(xué)延遲線(6) 由光纖準(zhǔn)直器(12)，衍射光柵(13)，傅里葉透鏡(14)，掃描振鏡(15)，反射鏡(16)組成；進(jìn)入樣品臂的一路通過(guò)另一個(gè)偏振控制器(4)和樣品掃描裝置(7)，樣品掃描裝置(7)包括光纖準(zhǔn)直器(18)，高精度導(dǎo)軌(17)，電動(dòng)微位移平臺(tái)(19)和待測(cè)樣品00)；兩路反射光在光纖耦合器( 匯合時(shí)發(fā)生干涉，干涉信號(hào)由光電探測(cè)器(8)探測(cè)后，在低噪聲前置放大器 (9)進(jìn)行放大、濾波，然后接入數(shù)據(jù)采集卡(10)和計(jì)算機(jī)(11)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鏡頭中光學(xué)表面中心間距的非接觸式測(cè)量方法及測(cè)量裝置，本發(fā)明將寬帶光源出射的光通過(guò)干涉結(jié)構(gòu)產(chǎn)生干涉信號(hào)，對(duì)干涉信號(hào)進(jìn)行采樣、圖像重構(gòu)即可得到鏡頭中光學(xué)表面的二維層析圖像，在樣品臂中使用細(xì)平行光束作為掃描光束，通過(guò)移動(dòng)光纖準(zhǔn)直器來(lái)改變相干層析成像的起始位置，進(jìn)而得到鏡頭中不同深度各個(gè)光學(xué)表面的特征圖像，最后根據(jù)光學(xué)表面在其特征圖像中的位置和成像起始位置的移動(dòng)距離得到兩光學(xué)表面中心的距離。本發(fā)明具有非接觸無(wú)損測(cè)量、測(cè)量精度高、數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，可靈活應(yīng)用于光學(xué)加工、光學(xué)裝校及光學(xué)檢測(cè)等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01B11/14GK102494623SQ20111035775
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月11日
發(fā)明者史國(guó)華, 張雨?yáng)|, 王志斌 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所