專利名稱：自準(zhǔn)直式差動(dòng)共焦透鏡焦距測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)精密測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，可用于透鏡焦距的檢測(cè)與光學(xué)系統(tǒng)裝配過程中的高精度焦距測(cè)量。
背景技術(shù)：
焦距測(cè)量是一個(gè)古老而經(jīng)典的透鏡參數(shù)測(cè)量專題，其重要性當(dāng)然是不言而喻的。 焦距是透鏡眾多參數(shù)中最重要的參數(shù)之一，對(duì)于透鏡設(shè)計(jì)而言，無非就是調(diào)整各個(gè)參數(shù)以保證透鏡焦距滿足設(shè)計(jì)要求并且成像性能滿足系統(tǒng)要求。透鏡焦距測(cè)量通常包括頂焦距測(cè)量和焦距測(cè)量，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和裝調(diào)過程中，這兩個(gè)參數(shù)通常密不可分，所以就要求能同時(shí)對(duì)透鏡的頂焦距和焦距進(jìn)行高精度的測(cè)量。且近些年來，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，在實(shí)際應(yīng)用中人們對(duì)所使用透鏡各種參數(shù)的精度也提出了越發(fā)嚴(yán)格的要求，這就要求我們不斷尋找一種能更高精度測(cè)量透鏡頂焦距和焦距的方法。針對(duì)透鏡頂焦距及焦距測(cè)量的方法，傳統(tǒng)的有目視調(diào)焦放大率法。該方法將被測(cè)透鏡放置于平行光管物鏡前，并將平行光管物鏡焦面上的分劃板的一對(duì)刻線成像在被測(cè)透鏡焦面上，通過測(cè)量放大后刻線的間距進(jìn)而求得被測(cè)透鏡的焦距。該方法由于需要通過測(cè)量人員在光具座上逐項(xiàng)進(jìn)行目視定焦、觀測(cè)、記錄、分析處理數(shù)據(jù)，所以存在效率低、測(cè)值不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，其測(cè)量準(zhǔn)確度通常為0. 3 %左右。近些年隨著光電技術(shù)及計(jì)算機(jī)處理技術(shù)的發(fā)展，該方法已逐步被一種采用光電探測(cè)器和數(shù)字圖像處理測(cè)量透鏡頂焦距及焦距的方法所替代。由于該方法避免了測(cè)量過程中由人為因素產(chǎn)生的誤差，系統(tǒng)的測(cè)量精確度得到了很大程度的提高。此外，測(cè)量透鏡頂焦距及焦距的方法還有自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡法和自準(zhǔn)直顯微鏡法兩種，這兩種方法均是通過將被測(cè)透鏡放置在自準(zhǔn)直儀上來實(shí)現(xiàn)。用自準(zhǔn)直顯微鏡測(cè)量正透鏡頂焦距和焦距的準(zhǔn)確度較常用的放大率法高出5 30倍，而且設(shè)備簡(jiǎn)單。自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡較多用于測(cè)量負(fù)透鏡的焦距和頂焦距，還用于測(cè)量甚長(zhǎng)焦距的正透鏡的焦距，但其測(cè)量準(zhǔn)確度較低。當(dāng)然，除上述三種經(jīng)典的透鏡頂焦距及焦距測(cè)量方法之外，國(guó)內(nèi)外學(xué)者還提出了很多新的測(cè)量方法，發(fā)表的文獻(xiàn)包括發(fā)表在《中國(guó)測(cè)試技術(shù)》中的《泰伯-莫爾法測(cè)量長(zhǎng)焦距系統(tǒng)的焦距》，發(fā)表在《光子學(xué)報(bào)》中的《Ronchi光柵Talbot效應(yīng)長(zhǎng)焦距測(cè)量的準(zhǔn)確度極限石開究》，發(fā)表在《The Optical Society of America》中的《Focal length measurements for the National Ignition Facility large lenses》，發(fā)表在《APPLIED OPTICS》中的 ((Talbot interferometry for measuring the focal length of a lens〉〉等，本發(fā)明人也曾在《OPTICS EXPRESS》中發(fā)表文章《Laser differential confocal ultra-long focal length measurement)).但以上文獻(xiàn)提出的透鏡頂焦距及焦距測(cè)量方法均僅適用于測(cè)量超長(zhǎng)焦距，若用于一般焦距及較短焦距的測(cè)量，則或誤差較大或無法實(shí)現(xiàn)。近年來，國(guó)內(nèi)外顯微成像領(lǐng)域的差動(dòng)共焦技術(shù)迅速發(fā)展，該技術(shù)以軸向的光強(qiáng)響應(yīng)曲線作為評(píng)價(jià)尺度。由于光學(xué)系統(tǒng)的物距變化引起的軸向放大率變化是垂軸放大率變化的平方，所以該方法的靈敏度高于垂軸方向的評(píng)價(jià)方法，并且該方法采用光強(qiáng)作為數(shù)據(jù)信息，相比圖像處理方法具有更高的抗環(huán)境干擾能力。例如中國(guó)專利“具有高空間分辨率的差動(dòng)共焦掃描檢測(cè)方法”(專利號(hào)200410006359. 6)，其提出了超分辨差動(dòng)共焦檢測(cè)方法，使系統(tǒng)軸向分辨力達(dá)到納米級(jí)，并顯著提高了環(huán)境抗擾動(dòng)能力。本發(fā)明人在差動(dòng)共焦顯微成像技術(shù)的啟發(fā)下，率先提出將差動(dòng)共焦測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于元件參數(shù)測(cè)量領(lǐng)域，利用差動(dòng)共焦技術(shù)的高軸向分辨率提高元件參數(shù)的檢測(cè)精度，現(xiàn)已申請(qǐng)多項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利，例如專利“差動(dòng)共焦曲率半徑測(cè)量方法與裝置”(專利號(hào)200910082249. 0)，專利“基于差動(dòng)共焦技術(shù)的透鏡折射率與厚度的測(cè)量方法及裝置”(專利號(hào)201010105743. 7)，專利“差動(dòng)共焦鏡組軸向間隙測(cè)量方法與裝置”(專利號(hào) 201010000553. 9)等。本發(fā)明是基于差動(dòng)共焦技術(shù)的又一元件參數(shù)測(cè)量方法，該技術(shù)相比于以往測(cè)量方法具有測(cè)量精度高、抗干擾能力強(qiáng)及智能化程度高等諸多優(yōu)點(diǎn)，并且該技術(shù)易與環(huán)形光瞳濾波器等技術(shù)融合，能更進(jìn)一步提高測(cè)量精度。

發(fā)明內(nèi)容
為了提高透鏡頂焦距及焦距的測(cè)量精度，本發(fā)明提出一種自準(zhǔn)直式差動(dòng)共焦透鏡焦距測(cè)量方法，將自準(zhǔn)直思想融入差動(dòng)共焦測(cè)量方法，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)透鏡頂焦距及焦距的高精度測(cè)量。其核心思想是，引入輔助平面反射鏡將被測(cè)透鏡準(zhǔn)直成的平行光束沿原光路反射， 并配合差動(dòng)共焦技術(shù)對(duì)被測(cè)透鏡的焦點(diǎn)及表面頂點(diǎn)進(jìn)行精確定位，進(jìn)而得到被測(cè)透鏡的頂焦距及焦距。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的一種自準(zhǔn)直式差動(dòng)共焦透鏡焦距測(cè)量方法，包括以下步驟(a)打開點(diǎn)光源，其發(fā)出的光經(jīng)分光鏡、準(zhǔn)直透鏡后形成平行光束，該平行光束經(jīng)會(huì)聚透鏡會(huì)聚后形成測(cè)量光束照射在被測(cè)透鏡上。輔助平面反射鏡放置于被測(cè)透鏡后方， 透過被測(cè)透鏡的光束被輔助平面反射鏡反射。反射回來的光經(jīng)被測(cè)透鏡、會(huì)聚透鏡和準(zhǔn)直透鏡后由分光鏡反射進(jìn)入差動(dòng)共焦測(cè)量系統(tǒng)；(b)被測(cè)透鏡與輔助平面反射鏡組成被測(cè)系統(tǒng)，移動(dòng)被測(cè)系統(tǒng)能使被測(cè)透鏡和輔助平面反射鏡同時(shí)沿光軸方向移動(dòng)。調(diào)整被測(cè)透鏡，使其與測(cè)量光束共光軸，調(diào)整輔助平面反射鏡，使其表面與測(cè)量光束光軸相垂直；(C)沿光軸方向移動(dòng)被測(cè)系統(tǒng)，使測(cè)量光束的聚焦焦點(diǎn)與被測(cè)透鏡焦點(diǎn)接近。當(dāng)測(cè)量光束聚焦焦點(diǎn)與被測(cè)透鏡的焦點(diǎn)重合時(shí)，測(cè)量光束經(jīng)被測(cè)透鏡準(zhǔn)直后再次形成平行光束照射在輔助平面反射鏡上，輔助平面反射鏡將照射在其表面上的光束沿原光路反射折回。 在該位置附近掃描被測(cè)系統(tǒng)，由差動(dòng)共焦測(cè)量系統(tǒng)測(cè)得差動(dòng)共焦響應(yīng)曲線，通過差動(dòng)共焦響應(yīng)曲線的零點(diǎn)來確定測(cè)量光束的聚焦焦點(diǎn)與被測(cè)透鏡焦點(diǎn)相重合，進(jìn)而精確確定被測(cè)透鏡的焦點(diǎn)位置，記錄此時(shí)被測(cè)系統(tǒng)的位置Z1 ;(d)繼續(xù)沿光軸方向移動(dòng)被測(cè)系統(tǒng)，使測(cè)量光束聚焦于被測(cè)透鏡表面附近。在該位置附近掃描被測(cè)系統(tǒng)，由差動(dòng)共焦測(cè)量系統(tǒng)測(cè)得差動(dòng)共焦響應(yīng)曲線，通過差動(dòng)共焦響應(yīng)曲線的零點(diǎn)來確定測(cè)量光束的聚焦焦點(diǎn)與被測(cè)透鏡表面相重合，進(jìn)而精確確定被測(cè)透鏡表面頂點(diǎn)位置，記錄此時(shí)被測(cè)系統(tǒng)的位置Z2 ;
(e)根據(jù)上述兩次定焦得到的被測(cè)系統(tǒng)位置Zl、Z2,即可得到被測(cè)透鏡的頂焦距本發(fā)明所述的自準(zhǔn)直式差動(dòng)共焦透鏡焦距測(cè)量方法，還可以用來測(cè)量被測(cè)透鏡焦距根據(jù)被測(cè)透鏡前表面曲率半徑^、后表面曲率半徑r2、折射率n和厚度b，可間接測(cè)得被測(cè)透鏡的焦距本發(fā)明所述的自準(zhǔn)直式差動(dòng)共焦透鏡焦距測(cè)量方法，還可以在光路中增加環(huán)形光瞳對(duì)測(cè)量光束進(jìn)行調(diào)制，形成環(huán)形光束，降低定焦時(shí)波相差對(duì)測(cè)量光束的影響，提高定焦精度。本發(fā)明所述的自準(zhǔn)直式差動(dòng)共焦透鏡焦距測(cè)量方法，還可以在測(cè)量光束中增加焦深壓縮光學(xué)系統(tǒng)，使其與差動(dòng)共焦測(cè)量系統(tǒng)配合工作，提高定焦靈敏度。本發(fā)明所述的自準(zhǔn)直式差動(dòng)共焦透鏡焦距測(cè)量方法，還可以對(duì)點(diǎn)光源發(fā)出的光進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制，由差動(dòng)共焦測(cè)量系統(tǒng)中的光強(qiáng)傳感器探測(cè)得到受調(diào)制的差動(dòng)共焦響應(yīng)信號(hào)， 將該調(diào)制信號(hào)解調(diào)后得到差動(dòng)共焦響應(yīng)曲線，從而提高系統(tǒng)的定焦靈敏度。有益效果本發(fā)明對(duì)比已有技術(shù)具有以下創(chuàng)新點(diǎn)I.首次將自準(zhǔn)直測(cè)量思想融入到差動(dòng)共焦測(cè)量方法中，利用差動(dòng)共焦響應(yīng)曲線的過零點(diǎn)精確確定被測(cè)透鏡的焦點(diǎn)及表面頂點(diǎn)位置，進(jìn)而測(cè)得被測(cè)透鏡的頂焦距及焦距；2.本測(cè)量方法中，差動(dòng)共焦原理以光強(qiáng)響應(yīng)曲線作為定焦判據(jù)，并配合差動(dòng)共焦系統(tǒng)進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制與濾波，能有效削減空氣擾動(dòng)等環(huán)境干擾對(duì)測(cè)量精度的影響；3.在光路中引入環(huán)形光瞳，遮擋近軸光線，形成空心的測(cè)量光錐，削減了像差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。本發(fā)明對(duì)比已有技術(shù)具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)I.差動(dòng)共焦技術(shù)以軸向的光強(qiáng)響應(yīng)曲線作為評(píng)價(jià)尺度，由于光學(xué)系統(tǒng)的物距變化引起的軸向放大率變化是垂軸放大率變化的平方，所以本發(fā)明相比放大率法等焦距測(cè)量方法具有更高的測(cè)量精度；2.差動(dòng)工作方式可以削減空氣擾動(dòng)等環(huán)境干擾對(duì)測(cè)量精度的影響；3.經(jīng)系統(tǒng)準(zhǔn)直透鏡出射的平行光束的平行度對(duì)測(cè)量精度影響較小。


圖I為本發(fā)明自準(zhǔn)直式差動(dòng)共焦透鏡焦距測(cè)量方法的示意圖；圖2為本發(fā)明自準(zhǔn)直式差動(dòng)共焦透鏡焦距測(cè)量實(shí)施例的示意圖；圖3為本發(fā)明由差動(dòng)共焦測(cè)量系統(tǒng)探測(cè)得到的差動(dòng)共焦響應(yīng)曲線；其中1_點(diǎn)光源、2-分光鏡、3-準(zhǔn)直透鏡、4-環(huán)形光瞳、5-會(huì)聚透鏡、6-測(cè)量光束、7-被測(cè)透鏡、8-輔助平面反射鏡、9-差動(dòng)共焦測(cè)量系統(tǒng)、10-焦后針孔、11-焦后光強(qiáng)傳感器、12-焦前針孔、13-焦前光強(qiáng)傳感器、14-分光鏡、15-焦后顯微物鏡、16-CXD探測(cè)器、 17-焦前顯微物鏡、18-CCD探測(cè)器、19-點(diǎn)光源發(fā)生裝置、20-光纖、21-激光器、22-主控計(jì)算機(jī)、23-圖像采集卡、24-圖像采集卡、25-機(jī)電控制裝置、26-直線平移導(dǎo)軌、27-四維調(diào)整架、28- 二維調(diào)整架、29-平移塊、30-被測(cè)系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本發(fā)明使用一種基于差動(dòng)共焦測(cè)量技術(shù)的透鏡焦距及頂焦距測(cè)量方法，顯著提高了對(duì)被測(cè)透鏡焦點(diǎn)及頂點(diǎn)的定位精度。其核心思想是，引入輔助平面反射鏡將被測(cè)透鏡準(zhǔn)直成的平行光束沿原光路反射折回，并配合差動(dòng)共焦技術(shù)對(duì)被測(cè)透鏡的焦點(diǎn)及表面頂點(diǎn)進(jìn)行精確定位，進(jìn)而測(cè)得被測(cè)透鏡的頂焦距及焦距。實(shí)施例I當(dāng)被測(cè)透鏡7是口徑為D = 25. 4mm、前表面曲率半徑F1 = 90. 1mm、后表面曲率半徑r2 = -115. 4mm、材料為K9玻璃、厚度b = 4mm、標(biāo)稱焦距及頂焦距分別為f' 99mm、I/ =97. 5mm的凸透鏡時(shí)，自準(zhǔn)直式差動(dòng)共焦透鏡焦距測(cè)量裝置如圖2所示，其測(cè)量步驟是(a)啟動(dòng)主控計(jì)算機(jī)22中的測(cè)量軟件，打開激光器21，激光器21所發(fā)出的光經(jīng)光纖20傳輸后形成點(diǎn)光源I。點(diǎn)光源I發(fā)出的光經(jīng)分光鏡2和準(zhǔn)直透鏡3后形成平行光束, 該平行光束經(jīng)會(huì)聚透鏡5會(huì)聚后形成測(cè)量光束6 ；(b)被測(cè)透鏡7放置于四維調(diào)整架27上，輔助平面反射鏡8放置于二維調(diào)整架28 上，四維調(diào)整架27和二維調(diào)整架28同時(shí)固定在直線平移導(dǎo)軌26的平移塊29上，平移塊29 可同時(shí)帶動(dòng)被測(cè)透鏡7和輔助平面反射鏡8沿光軸方向移動(dòng)；(c)通過四維調(diào)整架27調(diào)整被測(cè)透鏡7，使其與測(cè)量光束6共光軸，通過二維調(diào)整架28調(diào)整輔助平面反射鏡8，使其表面與測(cè)量光束6光軸相垂直。此時(shí)透過被測(cè)透鏡7的光束被輔助平面反射鏡8的表面所反射；(d)主控計(jì)算機(jī)22中的測(cè)量軟件通過機(jī)電控制裝置25控制直線平移導(dǎo)軌26上的平移塊29軸向平移，進(jìn)而帶動(dòng)被測(cè)透鏡7和輔助平面反射鏡8沿光軸方向移動(dòng)。將平移塊29移動(dòng)到被測(cè)透鏡7的焦點(diǎn)與測(cè)量光束6的聚焦焦點(diǎn)接近，當(dāng)測(cè)量光束6的聚焦焦點(diǎn)與被測(cè)透鏡7的焦點(diǎn)重合時(shí)，測(cè)量光束6經(jīng)被測(cè)透鏡7準(zhǔn)直后再次形成平行光束照射在輔助平面反射鏡8上，輔助平面反射鏡8將照射在其表面上的光束沿原光路反射折回。然后在該位置附近掃描被測(cè)透鏡7和輔助平面反射鏡8，測(cè)量軟件通過圖像采集卡24和圖像采集卡23采集得到焦前光斑數(shù)據(jù)和焦后光斑數(shù)據(jù)并處理出如附圖3所示的差動(dòng)共焦響應(yīng)曲線。 通過差動(dòng)共焦響應(yīng)曲線的零點(diǎn)來確定測(cè)量光束6的聚焦焦點(diǎn)與被測(cè)透鏡7的焦點(diǎn)相重合， 進(jìn)而精確確定被測(cè)透鏡7的焦點(diǎn)位置，此時(shí)平移塊29的位置Z1 = 102. 9244mm ；(e)繼續(xù)通過平移塊29將被測(cè)透鏡7和輔助平面反射鏡8沿光軸方向移動(dòng)，使測(cè)量光束6聚焦于被測(cè)透鏡7表面附近。在該位置附近掃描被測(cè)透鏡7和輔助平面反射鏡8， 測(cè)量軟件再次通過圖像采集卡24和圖像采集卡23采集得到焦前光斑數(shù)據(jù)和焦后光斑數(shù)據(jù)并處理出如附圖3所示的差動(dòng)共焦響應(yīng)曲線。通過差動(dòng)共焦響應(yīng)曲線的零點(diǎn)來確定測(cè)量光束6的聚焦焦點(diǎn)與被測(cè)透鏡7表面相重合，進(jìn)而精確確定被測(cè)透鏡7的表面頂點(diǎn)位置，此時(shí)平移塊29的位置為z2 = 5. 3968mm ；(f)根據(jù)上述兩次定焦得到的平移塊29的位置zi、z2，即可得到被測(cè)透鏡7的頂焦距I/ = Z1-Z2 = 97. 5276mm。如附圖I所示，該自準(zhǔn)直式差動(dòng)共焦透鏡焦距測(cè)量方法中的差動(dòng)共焦測(cè)量系統(tǒng)9包括分光鏡14、焦前針孔12、焦前光強(qiáng)傳感器13、焦后針孔10和焦后光強(qiáng)傳感器11。由分光鏡2反射回來的光進(jìn)入差動(dòng)共焦測(cè)量系統(tǒng)9，由分光鏡14將光束分成兩路，一路通過焦前針孔12后，照射在焦前光強(qiáng)傳感器13上，另一路通過焦后針孔10后，照射在焦后光強(qiáng)傳感器11上。實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通常采用如附圖2中所示的差動(dòng)共焦測(cè)量系統(tǒng)9降低系統(tǒng)裝調(diào)難度。該差動(dòng)共焦測(cè)量系統(tǒng)9包括分光鏡14、焦前顯微物鏡17、CCD探測(cè)器18、焦后顯微物鏡15和CXD探測(cè)器16。其中焦前顯微物鏡17的物平面位于焦前，在其像平面放置CXD 探測(cè)器18，焦后顯微物鏡15的物平面位于焦后，在其像平面放置CXD探測(cè)器16。由分光鏡 2反射回來的光進(jìn)入差動(dòng)共焦測(cè)量系統(tǒng)9，由分光鏡14將光線分成兩路，一路通過焦前顯微物鏡17成像在CXD探測(cè)器18上，另一路通過焦后顯微物鏡15成像在CXD探測(cè)器16上。實(shí)施例2根據(jù)被測(cè)透鏡7前表面曲率半徑F1 = 90. 1mm、后表面曲率半徑r2 = -115. 4mm、折射率n = I. 5163、厚度b = 4mm,以及實(shí)施例I測(cè)得的透鏡頂焦距I/ = 97. 5276mm,可間接測(cè)得被測(cè)透鏡7的焦距P = If '+-—-= 99.0176歷
n(r2-rl)+(n-V)b此實(shí)施例通過一系列的措施實(shí)現(xiàn)了對(duì)被測(cè)透鏡7的頂焦距及焦距的測(cè)量。在測(cè)量過程中，采用差動(dòng)共焦測(cè)量方法對(duì)被測(cè)透鏡7的焦點(diǎn)及表面頂點(diǎn)進(jìn)行精確定焦，測(cè)量精度高，抗環(huán)境干擾能力強(qiáng)。以上結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作了說明，但這些說明不能被理解為限制了本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍由隨附的權(quán)利要求書限定，任何在本發(fā)明權(quán)利要求基礎(chǔ)上的改動(dòng)都是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.自準(zhǔn)直式差動(dòng)共焦透鏡焦距測(cè)量方法，其特征在于(a)打開點(diǎn)光源，其發(fā)出的光經(jīng)分光鏡、準(zhǔn)直透鏡后形成平行光束，該平行光束經(jīng)會(huì)聚透鏡會(huì)聚后形成測(cè)量光束照射在被測(cè)透鏡上；輔助平面反射鏡放置于被測(cè)透鏡后方，透過被測(cè)透鏡的光束被輔助平面反射鏡反射；反射回來的光經(jīng)被測(cè)透鏡、會(huì)聚透鏡和準(zhǔn)直透鏡后由分光鏡反射進(jìn)入差動(dòng)共焦測(cè)量系統(tǒng)；(b)被測(cè)透鏡與輔助平面反射鏡組成被測(cè)系統(tǒng)，移動(dòng)被測(cè)系統(tǒng)能使被測(cè)透鏡和輔助平面反射鏡同時(shí)沿光軸方向移動(dòng)；調(diào)整被測(cè)透鏡，使其與測(cè)量光束共光軸，調(diào)整輔助平面反射鏡，使其表面與測(cè)量光束光軸相垂直；(c)沿光軸方向移動(dòng)被測(cè)系統(tǒng)，使測(cè)量光束的聚焦焦點(diǎn)與被測(cè)透鏡焦點(diǎn)接近；當(dāng)測(cè)量光束聚焦焦點(diǎn)與被測(cè)透鏡的焦點(diǎn)重合時(shí)，測(cè)量光束經(jīng)被測(cè)透鏡準(zhǔn)直后再次形成平行光束照射在輔助平面反射鏡上，輔助平面反射鏡將照射在其表面上的光束沿原光路反射折回；在該位置附近掃描被測(cè)系統(tǒng)，由差動(dòng)共焦測(cè)量系統(tǒng)測(cè)得差動(dòng)共焦響應(yīng)曲線，通過差動(dòng)共焦響應(yīng)曲線的零點(diǎn)來確定測(cè)量光束的聚焦焦點(diǎn)與被測(cè)透鏡焦點(diǎn)相重合，進(jìn)而精確確定被測(cè)透鏡的焦點(diǎn)位置，記錄此時(shí)被測(cè)系統(tǒng)的位置Z1 ;(d)繼續(xù)沿光軸方向移動(dòng)被測(cè)系統(tǒng)，使測(cè)量光束聚焦于被測(cè)透鏡表面附近；在該位置附近掃描被測(cè)系統(tǒng)，由差動(dòng)共焦測(cè)量系統(tǒng)測(cè)得差動(dòng)共焦響應(yīng)曲線，通過差動(dòng)共焦響應(yīng)曲線的零點(diǎn)來確定測(cè)量光束的聚焦焦點(diǎn)與被測(cè)透鏡表面相重合，進(jìn)而精確確定被測(cè)透鏡表面頂點(diǎn)位置，記錄此時(shí)被測(cè)系統(tǒng)的位置Z2 ;(e)根據(jù)上述兩次定焦得到的被測(cè)系統(tǒng)位置Zl、z2，即可得到被測(cè)透鏡的頂焦距I/=Z1-Z21。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自準(zhǔn)直式差動(dòng)共焦透鏡焦距測(cè)量方法，其特征在于根據(jù)被測(cè)透鏡前表面曲率半徑F1、后表面曲率半徑r2、折射率n和厚度b，可間接測(cè)得被測(cè)透鏡的焦距
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的自準(zhǔn)直式差動(dòng)共焦透鏡焦距測(cè)量方法，其特征在于在光路中增加環(huán)形光瞳對(duì)測(cè)量光束進(jìn)行調(diào)制，形成環(huán)形光束，降低定焦時(shí)波相差對(duì)測(cè)量光束的影響，提高定焦精度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的自準(zhǔn)直式差動(dòng)共焦透鏡焦距測(cè)量方法，其特征在于在測(cè)量光束中增加焦深壓縮光學(xué)系統(tǒng)，使其與差動(dòng)共焦測(cè)量系統(tǒng)配合工作，提高定焦靈敏度。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的自準(zhǔn)直式差動(dòng)共焦透鏡焦距測(cè)量方法，其特征在于對(duì)點(diǎn)光源發(fā)出的光進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制，由差動(dòng)共焦測(cè)量系統(tǒng)中的光強(qiáng)傳感器探測(cè)得到受調(diào)制的差動(dòng)共焦響應(yīng)信號(hào)，將該調(diào)制信號(hào)解調(diào)后得到差動(dòng)共焦響應(yīng)曲線，從而提高系統(tǒng)的定焦靈敏度。
全文摘要
本發(fā)明屬于光學(xué)精密測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種自準(zhǔn)直式差動(dòng)共焦透鏡焦距測(cè)量方法。該方法將自準(zhǔn)直思想融入到差動(dòng)共焦測(cè)量方法中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)透鏡頂焦距及焦距的高精度測(cè)量。其核心思想是，引入輔助平面反射鏡將被測(cè)透鏡準(zhǔn)直成的平行光束沿原光路反射，并配合差動(dòng)共焦技術(shù)對(duì)被測(cè)透鏡的焦點(diǎn)及表面頂點(diǎn)進(jìn)行精確定位，進(jìn)而得到被測(cè)透鏡的頂焦距及焦距。本發(fā)明首次將自準(zhǔn)直測(cè)量思想融入差動(dòng)共焦測(cè)量方法，利用差動(dòng)共焦響應(yīng)曲線的過零點(diǎn)精確確定被測(cè)透鏡的焦點(diǎn)及表面頂點(diǎn)位置，具有測(cè)量精度高、抗環(huán)境干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可用于透鏡焦距的高精度檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01M11/02GK102589853SQ20121001199
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月16日
發(fā)明者吳華玲, 李佳, 楊佳苗, 趙維謙, 邱麗榮 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)