CN107401982A - 基于低相干光干涉法的透镜中心厚度的非接触测量方法 - Google Patents
基于低相干光干涉法的透镜中心厚度的非接触测量方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于低相干光干涉法的透镜中心厚度的非接触测量方法，包括：采用白光或低相干光作为入射光源，调整等光程干涉仪两光路臂之间光程差使其能够观察到干涉条纹；在两光路臂中分别置入棱镜组和光学平板玻璃，两路光束分别垂直棱镜组和光学平板玻璃端面，移动棱镜组中可动楔形棱镜调整光程差，直至测量过程中首次看到干涉条纹；在平板玻璃所在光路臂中置入被测透镜并让光束垂直通过透镜中心，继续移动可动楔形棱镜直至第二次看到圆形干涉条纹；分别记录两次观察到干涉条纹时可动楔形棱镜联动测量尺的位置读数，计算透镜中心厚度。本发明操作简便、非接触且无损测量，采用透过式干涉测量，特别适用于表面反射率极低的透镜中心厚度测量。
Description
技术领域
本发明涉及光学精密测量技术领域，具体涉及一种基于低相干光干涉法的透镜中心厚度的非接触测量方法。
背景技术
在光学车间或实验室中，对透镜中心厚度的测量可以采用机械测量方法和物理测量方法。机械测量方法如采用卡尺、螺旋测微计和高精度机械探针进行测量，由于该测量方法是接触式的，因此存在精度低、误差大且会对镜面产生损伤等缺点，尤其是对成品透镜，不适宜采用机械测量方法。物理测量方法包括以下方法：图像法、图像标定法、轴向色散法、共焦法、差动共焦法、低相干光干涉法、斐索(Fizeau)干涉法以及偏振干涉法等方法，这些测量方法主要利用透镜上下表面的反射光信息，以实现透镜中心厚度的测量。
上述测量方法各有优缺点，其中，图像法实施方法简单，但精度最低，除低相干光干涉法以外其他测量方法的测量精度都在1μm以上，低相干光干涉法目前是测量精度最高的测量方法，其测量精度可达600nm。但是需要有较复杂的辅助设施和光谱或数据处理方法等，通过对辅助设施和数据处理方法进行改进，可将低相干光干涉法的测量精度由600nm提高到200nm，并且可以对透镜组各个表面间隔进行扫描测量。
现有的成品透镜大部分采用复杂的非线性结构，而且其表面蒸镀增透膜，导致透镜下表面的反射光非常微弱，不适用于上述测量方法。有鉴于此，急需一种非接触、易操作且高精度的透镜中心厚度测量方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种非接触、易操作且高精度的透镜中心厚度测量方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种基于低相干光干涉法的非接触测量方法，包括以下步骤：
采用白光或低相干光作为等光程干涉仪的入射光源，调整等光程干涉仪的两光路臂之间的光程差，使其能够观察到干涉条纹；
在等光程干涉仪的两光路臂中分别置入棱镜组和表面严格平行的光学平板玻璃，两路光束分别垂直棱镜组的端面和光学平板玻璃的端面，移动棱镜组中的可动楔形棱镜，调整两光路臂之间的光程差，直至测量过程中第一次观察到干涉条纹；然后，在光学平板玻璃之后或之前置入被测透镜，继续移动棱镜组中的可动楔形棱镜直至测量过程中第二次观察到圆形干涉条纹；
分别记录测量过程中置入被测透镜之前和之后两次观察到干涉条纹时，棱镜组中的可动楔形棱镜的联动测量尺的第一位置读数和第二位置读数，并根据记录的第一位置读数和第二位置读数计算被测透镜的中心厚度。
在上述技术方案中，移动棱镜组中的可动楔形棱镜直至观察到干涉条纹，具体为：
采用相同玻璃材料和相同楔角的楔形上棱镜和楔形下棱镜组成所述棱镜组，将楔形上棱镜和楔形下棱镜以倾斜面相接触或平行且楔角相对的方式放置；
将所述楔形上棱镜和所述楔形下棱镜的其中一个设置为可动楔形棱镜，另一个设置为固定楔形棱镜，且可动楔形棱镜的斜边长大于固定楔形棱镜的斜边长；
沿倾斜面方向移动可动楔形棱镜，使楔形上棱镜和楔形下棱镜构成一个可调厚度的等效光学平板，藉此调整两光路臂之间的光程差，直至观察到干涉条纹。
在上述技术方案中，所述光学平板玻璃和所述棱镜组采用与所述被测透镜的光学色散性质相同或相近的玻璃材料制作。
在上述技术方案中，所述被测透镜的中心厚度计算公式如下：
其中，D为所述被测透镜的中心厚度；n为所述被测透镜的折射率，np为所述棱镜组的折射率，n0为空气折射率；l2-l1为所述棱镜组中的可动楔形棱镜在其倾斜面方向上的移动距离，由所述可动楔形棱镜的联动测量尺测量；α为所述可动楔形棱镜的楔角。
在上述技术方案中，所述被测透镜的中心厚度测量误差的计算公式为：
其中，ΔD为所述被测透镜的中心厚度测量误差；Δl为所述可动楔形棱镜在其倾斜面方向上的移动距离测量误差。
在上述技术方案中，当所述棱镜组与所述被测透镜采用相同折射率的玻璃材料时，即n＝np时，所述被测透镜的中心厚度D的计算公式为：
D＝(l2-l1)sinα；
所述被测透镜的中心厚度测量误差ΔD计算公式为：
ΔD＝Δlsinα；
当所述空气折射率n0取值为1时，所述被测透镜的中心厚度D的计算公式为：
所述被测透镜的中心厚度测量误差ΔD计算公式为：
在上述技术方案中，所述可动楔形棱镜沿其倾斜面方向的移动距离与其在当前光路方向上的移动距离的关系为：
d＝l×sinα；
其中，d为所述可动楔形棱镜在当前光路方向上的移动距离，l为所述可动楔形棱镜在其倾斜面方向上的移动距离。
在上述技术方案中，在所述等光程干涉仪中，白光或低相干光光源经显微物镜聚焦，再经消色差物镜准直后，出射平行光；平行光经立方体状的半透半反分束棱镜分离出相干的两个光路臂，其中一个光路臂中的平行光垂直透过所述光学平板玻璃以及所述被测透镜的中心，经第一反射镜反射后沿原路返回至所述分束棱镜；另一个光路臂中的平行光经所述棱镜组后入射至第二反射镜，经所述第二反射镜反射后沿原路返回至所述分束棱镜；两光路臂的平行光分别经所述分束棱镜透射和反射后重合，一起进入CCD相机，在所述CCD相机的成像面上产生干涉条纹。
在上述技术方案中，当置入所述被测透镜时，对所述被测透镜的位置和方向进行相应调整，保证光束通过所述被测透镜的中心，并且光束传播方向与所述被测透镜的中心对称轴方向重合。
在上述技术方案中，所述被测透镜的中心厚度测量范围为2μm～100mm；所述被测透镜的中心厚度测量误差为0.05μm。
本发明提供的一种基于低相干光干涉法的透镜中心厚度的非接触测量方法，采用白光或低相干光作为入射光源，采用光程补偿机制实现白光或低相干光的干涉测量，易操作且测量精度高，对干涉装置的要求较低，对被测透镜无损伤，被测透镜中心厚度受限制小且范围较大，特别适用于透镜表面反射率非常低(小于1％)的透镜中心厚度测量。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于低相干光干涉法的透镜中心厚度的非接触测量方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的用于迈克尔逊干涉仪的光路示意图；
图3为本发明实施例提供的棱镜组8测量微小位移时的可动楔形棱镜位置1示意图；
图4为本发明实施例提供的棱镜组8测量微小位移时的可动楔形棱镜位置2示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种基于低相干光干涉法的透镜中心厚度的非接触测量方法，采用低相干光干涉法用于迈克尔逊或马赫-泽德等低相干光干涉时要求的等光程干涉仪，测量透镜的中心厚度。该测量方法简单易操作，采用低精度的近似横向机械移动棱镜组中的可动楔形棱镜，实现相干光束对纵向表面位置的高精度扫描，特别适用于测量表面反射率非常低的透镜中心厚度测量。
本发明实施例中的棱镜组由楔角相同的楔形上棱镜和楔形下棱镜组成，楔形上棱镜和楔形下棱镜为直角棱镜，采用相同的玻璃材料制作，并以倾斜面相接触或平行且楔角相对的方式放置；通过低精度的近似横向机械移动棱镜组中的可动楔形棱镜，即沿着楔形上棱镜和楔形下棱镜相对的倾斜面方向推动可动楔形棱镜(可动的楔形棱镜为楔形上棱镜或楔形下棱镜，本实施例中将楔形上棱镜固定，将楔形下棱镜设置为可动)，从而实现高精度地改变两束干涉光之间的光程差，通过这种低相干光光程补偿法实现白光或低相干光的干涉测量。
本实施例在实施精度为1μm的近似横向机械移动时，两束干涉光之间的光程差改变量可控制在50nm以内，甚至更小范围内。可以测量的透镜中心厚度范围为2μm～100mm，测量误差为0.05μm。下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做出详细的说明。
本发明实施例提供了一种基于低相干光干涉法的透镜中心厚度的非接触测量方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1、采用白光或低相干光作为入射光源，调整等光程干涉仪的两光路臂之间的光程差，直至在CCD相机的成像面上观察到白光或低相干光的干涉条纹。
S2、在迈克尔逊干涉仪的分束棱镜分离出的两光路臂中分别置入棱镜组和表面严格平行的光学平板玻璃，两路光束分别垂直棱镜组的端面和光学平板玻璃的端面。
S3、移动棱镜组中的可动楔形棱镜，调整两光路臂之间的光程差，直至测量过程中第一次在CCD相机的成像面上观察到干涉条纹，记录此时的棱镜组中可动楔形棱镜的联动测量尺的第一位置读数l1。
S4、在光学平板玻璃之后或之前置入被测透镜，对被测透镜的位置和方向进行适当调整，保证光束通过被测透镜的中心，并且光束传播方向与被测透镜的中心对称轴方向重合。
S5、继续移动棱镜组中的可动楔形棱镜，直至测量过程中第二次在CCD相机成像面上观察到圆形干涉条纹，记录此时可动楔形棱镜的联动测量尺的第二位置读数l2。
S6、根据记录的第一位置读数l1和第二位置读数l2计算被测透镜的中心厚度D。
上述移动棱镜组中的可动楔形棱镜直至观察到干涉条纹，具体为：
采用相同玻璃材料和相同楔角的楔形上棱镜和楔形下棱镜组成棱镜组，并将楔形上棱镜和楔形下棱镜以倾斜面相接触或平行且楔角相对的方式放置；将楔形上棱镜和楔形下棱镜的其中一个设置为可动楔形棱镜，另一个设置为固定楔形棱镜，且可动楔形棱镜的倾斜边长大于固定楔形棱镜的倾斜边长；沿倾斜面方向移动可动楔形棱镜，使楔形上棱镜和楔形下棱镜构成一个可调厚度的等效光学平板，藉此调整两光路臂之间的光程差，直至观察到干涉条纹。
本发明实施例中的光学平板玻璃和棱镜组采用与被测透镜的光学色散性质相同或相近的玻璃材料制作。
被测透镜的中心厚度D的计算公式如下：
其中，n为被测透镜的折射率；np为棱镜组的折射率；n0为空气折射率；l2-l1＝l为棱镜组中的可动楔形棱镜在其倾斜面方向上的移动距离，由可动楔形棱镜的联动测量尺测量；α为可动楔形棱镜的楔角。
被测透镜的中心厚度测量误差的计算公式为：
其中，ΔD为被测透镜的中心厚度测量误差；Δl为可动楔形棱镜在其倾斜面方向上的移动距离测量误差。
若被测透镜与棱镜组的玻璃材料相同，即n＝np，则被测透镜的中心厚度D的计算公式为：
D＝(l2-l1)sinα；
被测透镜的中心厚度测量误差ΔD的计算公式为：
ΔD＝Δlsinα；
此条件下的测量方法最为理想，因为与材料折射率无关。
若取空气折射率n0为近似值1，则被测透镜的中心厚度D的计算公式可简化为：
被测透镜的中心厚度测量误差ΔD的计算公式为：
本发明实施例中，将棱镜组8的低相干光光程补偿法用于迈克尔逊干涉仪测量透镜中心厚度的测量原理具体为：
入射光源1发出的低相干光经显微物镜2聚焦，再经消色差物镜3准直后，出射平行光；平行光经立方体状的半透半反分束棱镜4分离出相干的两个光路臂，其中一个光路臂中的平行光垂直透过光学平板玻璃5以及被测透镜6的中心，经第一反射镜7反射后沿原路返回至分束棱镜4；另一个光路臂中的平行光经棱镜组8后入射至第二反射镜9，经第二反射镜9反射后沿原路返回至分束棱镜4；两光路臂的平行光分别经分束棱镜4透射和反射后重合，一起进入CCD相机10，在CCD相机10的成像面上产生干涉条纹。
本发明实施例中，低相干光干涉的原理具体为：
由于白光或低相干光的光谱较宽，因此只有在两路相干光严格等光程的条件下，才能产生稳定的干涉条纹，所以将是否观察到干涉条纹作为两路光束是否严格等光程的判断依据。
当迈克尔逊干涉仪中未置入棱镜组8以及光学平板玻璃5和被测透镜6时，适当调整第一反射镜7和第二反射镜9的位置，当在CCD相机10的成像面上观察到白光或低相干光的干涉条纹时，则表明两路光束是严格等光程的。
然后在迈克尔逊干涉仪中一个光路臂中置入光学平板玻璃5，另一个光路臂中置入棱镜组8，通过调整棱镜组8中的可动楔形棱镜直至在CCD相机10的成像面上观察到干涉条纹，记录此时棱镜组8中的可动楔形棱镜的联动测量尺的第一位置读数l1；最后在光学平板玻璃5之后置入被测透镜6，继续调整棱镜组8中的可动楔形棱镜的位置，直至第二次在CCD相机10成像面上观察到圆形干涉条纹，记录此时棱镜组8中的可动楔形棱镜的联动测量尺的第二位置读数l2；根据这两个位置的读数计算出被测透镜6的中心厚度。
由于本实施例中棱镜组8与光学平板玻璃5的光学材料相同，被测透镜6玻璃材料与棱镜组8的玻璃材料的色散光学性质相同或相近，通过适当调整棱镜组8的楔形上棱镜和楔形下棱镜之间的沿斜面方向的相对位置，即将楔形下棱镜沿平行于其斜面的方向移动，从而改变了棱镜组8的总厚度，实现对置入被测透镜6之前和之后的等光程迈克尔逊干涉仪的光程差补偿，满足白光或低相干光干涉的等光程要求，从而间接测量出被测透镜6的中心厚度。
由于光学平板玻璃5用于补偿棱镜组8的光程，所以光学平板玻璃5和棱镜组8采用相同的玻璃材料制作。由于被测透镜6只有中心面元可看作平板，围绕中心面元的周边区域是前后两个绕轴旋转对称的球面，所以置入被测透镜6时的白光或低相干光的等光程干涉条纹为中心较粗的圆斑，周边是渐密渐细且瞬间消失的圆环形条纹。
本发明实施例中，采用倾斜面相接触或平行且楔角相对的方式放置的棱镜组8，利用低精度近似横向移动棱镜组8中的可动楔形棱镜实现精密改变纵向光程的原理如图3和图4所示，具体为：
棱镜组8由两个楔角完全相同的楔形上棱镜和楔形下棱镜组成，楔形上棱镜和楔形下棱镜以倾斜面相接触或平行且楔角相对的方式放置。将楔形上棱镜和楔形下棱镜中的其中一个固定，将另一个设置为可动。由于可动的楔形棱镜(可动的楔形棱镜为楔形上棱镜或楔形下棱镜，本实施例中将楔形下棱镜设置为可动)用于移动测量位移，因此将可动的楔形下棱镜的长度设置为比固定的楔形上棱镜的长度更长。由于楔形上棱镜和楔形下棱镜采用倾斜面相接触或平行且楔角相对的方式放置，整体可以看作一块厚度可变的光学平板玻璃。
可动的楔形下棱镜沿着其倾斜面(主截面是斜边)方向移动，其在楔角所对的直角面(主截面是直角边)方向上的也产生位移，如图3和图4所示。可动的楔形下棱镜的楔角为α，箭头方向是可动的楔形下棱镜沿其倾斜面移动的方向，由图3所示位置移动到图4所示位置，移动距离为l，则可动的楔形下棱镜在楔角所对的直角面方向上(也是光路方向上)的移动距离为d。由于楔形上棱镜和楔形下棱镜的主截面为直角三角形，楔角为两个锐角中较小的，则根据直角三角形公式可知：d＝l×sinα。其中，d可看作厚度可变的平板玻璃所增加的厚度。
由公式d＝l×sinα可知，由于l＞d，则由直接测量l时的误差传递给d的误差明显的线性减小了。而且楔角α越小，传递给d的误差也越小。因此采用楔形棱镜沿其倾斜面方向移动的方式，可以减小楔角所对的直角边方向移动误差，提高沿光路方向的光程变化精度。通过选择合适的楔角α，从而满足控制测量误差的要求。
本发明实施例中，计算被测透镜6中心厚度的原理具体为：
如图2所示设置和调整好迈克尔逊干涉仪的光路，设被测透镜6的材料折射率为n，棱镜组8的材料折射率为np，空气折射率为n0。在插入被测透镜6之前和之后的两次观察到干涉条纹的过程中，棱镜组8中的可动棱镜即楔形下棱镜，沿其斜面方向移动的距离为l，l由楔形下棱镜的联动测量尺测量，则被测透镜6的中心厚度D采用以下公式计算：
本发明实施例中，测量误差的具体分析如下：
被测透镜的测量误差由可动的楔形下棱镜沿斜面方向的位移测量精度所决定，计算公式如下：
当被测透镜6与棱镜组8的玻璃材料相同时，即n＝np时，被测透镜的测量误差计算公式为：
ΔD＝Δlsinα；
将可动棱镜(楔形下棱镜)的联动测量尺的第一次位置读数设置为l1，将第二次位置读数设置为l2，则楔形下棱镜沿其斜面方向移动的距离l采用以下公式计算得出：l＝l2-l1；
假设可动棱镜的联动测量尺的测量精度为±1μm，则l的误差为±2μm。
下面以LED低相干光源作为入射光源1进行透镜6中心厚度测量。LED低相干光源的中心波长λ＝680nm。玻璃材料K9和QK2对红光656.27nm的折射率分别为1.51390和1.47590，由于LED红光680nm与红光656.27nm的波长相差较小，可近似认为上述玻璃材料K9和QK2对红光656.27nm的折射率与对LED红光680nm的折射率一致。
在有相同测量精度要求时，若被测透镜6与棱镜组8采用不同折射率的玻璃材料，则棱镜组8的楔角也应设置为不同的值，具体如表1所示。由表1可知，当被测透镜6的中心厚度测量精度要求越高时，棱镜组8的楔角越小；当被测透镜6与棱镜组8采用相同折射率的玻璃材料时，被测透镜6的中心厚度测量精度与折射率无关。在相同的棱镜组8的楔角情况下，若棱镜组8的折射率np小于被测透镜6的折射率n，则可以提高被测透镜6的中心厚度测量精度。由表1还可以看出，可通过改变棱镜组8的楔角值大小，将被测透镜6的中心厚度测量精度控制在设定的精度范围内，例如，设定的被测透镜6的中心厚度测量精度在50nm以内，则当棱镜组8的折射率np等于被测透镜6的折射率n时，棱镜8的楔角应设置为小于1°26'。
表1.在相同测量精度要求下，被测透镜与棱镜组采用不同折射率的玻璃材料时，计算出的棱镜的楔角值。
本发明实施例提供的一种基于低相干光干涉法的透镜中心厚度的非接触测量方法属于光学精密测量技术领域，核心部分为采用棱镜组实现白光或低相干光光程差的补偿，主要适用于迈克尔孙干涉仪或马赫-泽德等干涉装置采用白光或低相干光干涉法测量透镜中心厚度。由于采用透过式干涉测量技术，特别适于透镜表面反射率极低的透镜中心厚度的检测。在测量过程中，通过低精度的近似横向机械移动棱镜组中的可动楔形棱镜实现相干光束的高精度纵向光程扫描，即将纵向扫描变换为横向扫描，对干涉成像系统的要求较低；通过对棱镜组中的棱镜楔角进行相应设置，可使测厚精度控制在50nm甚至更小范围内；采用光程补偿机制实现白光或低相干光的干涉测量，测量透镜中心厚度受限制小且范围较大，在2μm至100mm以上；特别适用于低反射率表面的透镜中心厚度测量。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于低相干光干涉法的透镜中心厚度的非接触测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用白光或低相干光作为等光程干涉仪的入射光源，调整等光程干涉仪的两光路臂之间的光程差，使其能够观察到干涉条纹；
在等光程干涉仪的两光路臂中分别置入棱镜组和表面严格平行的光学平板玻璃，两路光束分别垂直棱镜组的端面和光学平板玻璃的端面，移动棱镜组中的可动楔形棱镜，调整两光路臂之间的光程差，直至测量过程中第一次观察到干涉条纹；然后，在光学平板玻璃之后或之前置入被测透镜，继续移动棱镜组中的可动楔形棱镜直至测量过程中第二次观察到圆形干涉条纹；
分别记录测量过程中置入被测透镜之前和之后两次观察到干涉条纹时，棱镜组中的可动楔形棱镜的联动测量尺的第一位置读数和第二位置读数，并根据记录的第一位置读数和第二位置读数计算被测透镜的中心厚度。
2.如权利要求1所述的基于低相干光干涉法的透镜中心厚度的非接触测量方法，其特征在于，移动棱镜组中的可动楔形棱镜直至观察到干涉条纹，具体为：
采用相同玻璃材料和相同楔角的楔形上棱镜和楔形下棱镜组成所述棱镜组，将楔形上棱镜和楔形下棱镜以倾斜面相接触或平行且楔角相对的方式放置；
将所述楔形上棱镜和所述楔形下棱镜的其中一个设置为可动楔形棱镜，另一个设置为固定楔形棱镜，且可动楔形棱镜的斜边长大于固定楔形棱镜的斜边长；
沿倾斜面方向移动可动楔形棱镜，使楔形上棱镜和楔形下棱镜构成一个可调厚度的等效光学平板，藉此调整两光路臂之间的光程差，直至观察到干涉条纹。
3.如权利要求2所述的基于低相干光干涉法的透镜中心厚度的非接触测量方法，其特征在于，所述光学平板玻璃和所述棱镜组采用与所述被测透镜的光学色散性质相同或相近的玻璃材料制作。
4.如权利要求3所述的基于低相干光干涉法的透镜中心厚度的非接触测量方法，其特征在于，所述被测透镜的中心厚度计算公式如下：
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<mi>D</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
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</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>n</mi>
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</msub>
</mrow>
<mrow>
<mi>n</mi>
<mo>-</mo>
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<mn>0</mn>
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<mn>2</mn>
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<mi>l</mi>
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<mi>s</mi>
<mi>i</mi>
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<mi>&alpha;</mi>
<mo>;</mo>
</mrow>
其中，D为所述被测透镜的中心厚度；n为所述被测透镜的折射率，np为所述棱镜组的折射率，n0为空气折射率；l2-l1为所述棱镜组中的可动楔形棱镜在其倾斜面方向上的移动距离，由所述可动楔形棱镜的联动测量尺测量；α为所述可动楔形棱镜的楔角。
5.如权利要求4所述的基于低相干光干涉法的透镜中心厚度的非接触测量方法，其特征在于，所述被测透镜的中心厚度测量误差的计算公式为：
<mrow>
<mi>&Delta;</mi>
<mi>D</mi>
<mo>=</mo>
<mi>&Delta;</mi>
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<mrow>
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<mi>n</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
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<mrow>
<mi>n</mi>
<mo>-</mo>
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<mi>n</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
</mrow>
</mfrac>
<mi>s</mi>
<mi>i</mi>
<mi>n</mi>
<mi>&alpha;</mi>
<mo>;</mo>
</mrow>
其中，ΔD为所述被测透镜的中心厚度测量误差；Δl为所述可动楔形棱镜在其倾斜面方向上的移动距离测量误差。
6.如权利要求5所述的基于低相干光干涉法的透镜中心厚度的非接触测量方法，其特征在于，当所述棱镜组与所述被测透镜采用相同折射率的玻璃材料时，即n＝np时，所述被测透镜的中心厚度D的计算公式为：
D＝(l2-l1)sinα；
所述被测透镜的中心厚度测量误差ΔD计算公式为：
ΔD＝Δl sinα；
当所述空气折射率n0取值为1时，所述被测透镜的中心厚度D的计算公式为：
<mrow>
<mi>D</mi>
<mo>=</mo>
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所述被测透镜的中心厚度测量误差ΔD计算公式为：
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</mrow>
7.如权利要求6所述的基于低相干光干涉法的透镜中心厚度的非接触测量方法，其特征在于，所述可动楔形棱镜沿其倾斜面方向的移动距离与其在当前光路方向上移动距离的关系为：
d＝l×sinα；
其中，d为所述可动楔形棱镜在当前光路方向上的移动距离，l为所述可动楔形棱镜在其倾斜面方向上的移动距离。
8.如权利要求7所述的基于低相干光干涉法的透镜中心厚度的非接触测量方法，其特征在于，在所述等光程干涉仪中，白光或低相干光光源经显微物镜聚焦，再经消色差物镜准直后，出射平行光；平行光经立方体状的半透半反分束棱镜分离出相干的两个光路臂，其中一个光路臂中的平行光垂直透过所述光学平板玻璃以及所述被测透镜的中心，经第一反射镜反射后沿原路返回至所述分束棱镜；另一个光路臂中的平行光经所述棱镜组后入射至第二反射镜，经所述第二反射镜反射后沿原路返回至所述分束棱镜；两光路臂的平行光分别经所述分束棱镜透射和反射后重合，一起进入CCD相机，在所述CCD相机的成像面上产生干涉条纹。
9.如权利要求1所述的基于低相干光干涉法的透镜中心厚度的非接触测量方法，其特征在于，当置入所述被测透镜时，对所述被测透镜的位置和方向进行相应调整，保证光束通过所述被测透镜的中心，并且光束传播方向与所述被测透镜的中心对称轴方向重合。
10.如权利要求6所述的基于低相干光干涉法的透镜中心厚度的非接触测量方法，其特征在于，所述被测透镜的中心厚度测量范围为2μm～100mm；所述被测透镜的中心厚度测量误差为0.05μm。
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108759698A (zh) * | 2018-08-02 | 2018-11-06 | 淮阴师范学院 | 多镜面透镜组镜面间距的低相干光干涉测量方法和装置 |
| CN109211130A (zh) * | 2018-09-18 | 2019-01-15 | 昆明北方红外技术股份有限公司 | 透镜中心厚度及透镜间隔的测量装置及方法 |
| CN109458939A (zh) * | 2018-12-18 | 2019-03-12 | 南京理工大学 | 与快速定心结合的透镜中心厚度测量方法 |
| CN109631783A (zh) * | 2019-01-22 | 2019-04-16 | 淮阴师范学院 | 透镜组轴上镜面间距的低相干光干涉测量装置及方法 |
| CN114577125A (zh) * | 2022-04-08 | 2022-06-03 | 上海树突精密仪器有限公司 | 一种非接触式光学透镜中心厚度测量方法及测量装置 |
| CN116804632A (zh) * | 2023-08-22 | 2023-09-26 | 山东大学 | 一种色散补偿调节方法及系统 |
| CN117006961A (zh) * | 2023-08-07 | 2023-11-07 | 淮阴师范学院 | 基于低相干光干涉的连续镜面轴上间距测量装置及方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0814318B1 (en) * | 1996-06-17 | 2002-08-28 | THE INSTITUTE OF PHYSICAL & CHEMICAL RESEARCH | Method of measuring thickness and refractive indices of component layers of laminated structure and measuring apparatus for carrying out the same |
| DE102007062052A1 (de) * | 2007-12-21 | 2009-06-25 | Siemens Ag | Schichtdickenmessung an transparenten Schichten |
| CN101813458A (zh) * | 2010-03-11 | 2010-08-25 | 北京理工大学 | 差动共焦内调焦法镜组光轴及间隙测量方法与装置 |
| CN102679895A (zh) * | 2012-06-11 | 2012-09-19 | 北京理工大学 | 反射式共焦透镜中心厚度测量方法 |
| CN105466621A (zh) * | 2015-12-28 | 2016-04-06 | 天津大学 | 一种高分辨率偏振低相干干涉压力测量装置及方法 |
| CN106840001A (zh) * | 2017-01-16 | 2017-06-13 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 光学透镜中心厚度的非接触式测量装置和测量方法 |
-
2017
- 2017-07-26 CN CN201710616580.0A patent/CN107401982B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0814318B1 (en) * | 1996-06-17 | 2002-08-28 | THE INSTITUTE OF PHYSICAL & CHEMICAL RESEARCH | Method of measuring thickness and refractive indices of component layers of laminated structure and measuring apparatus for carrying out the same |
| DE102007062052A1 (de) * | 2007-12-21 | 2009-06-25 | Siemens Ag | Schichtdickenmessung an transparenten Schichten |
| CN101813458A (zh) * | 2010-03-11 | 2010-08-25 | 北京理工大学 | 差动共焦内调焦法镜组光轴及间隙测量方法与装置 |
| CN102679895A (zh) * | 2012-06-11 | 2012-09-19 | 北京理工大学 | 反射式共焦透镜中心厚度测量方法 |
| CN105466621A (zh) * | 2015-12-28 | 2016-04-06 | 天津大学 | 一种高分辨率偏振低相干干涉压力测量装置及方法 |
| CN106840001A (zh) * | 2017-01-16 | 2017-06-13 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 光学透镜中心厚度的非接触式测量装置和测量方法 |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108759698A (zh) * | 2018-08-02 | 2018-11-06 | 淮阴师范学院 | 多镜面透镜组镜面间距的低相干光干涉测量方法和装置 |
| CN108759698B (zh) * | 2018-08-02 | 2020-02-14 | 淮阴师范学院 | 多镜面透镜组镜面间距的低相干光干涉测量方法和装置 |
| CN109211130A (zh) * | 2018-09-18 | 2019-01-15 | 昆明北方红外技术股份有限公司 | 透镜中心厚度及透镜间隔的测量装置及方法 |
| CN109211130B (zh) * | 2018-09-18 | 2020-03-31 | 昆明北方红外技术股份有限公司 | 透镜中心厚度及透镜间隔的测量装置及方法 |
| CN109458939A (zh) * | 2018-12-18 | 2019-03-12 | 南京理工大学 | 与快速定心结合的透镜中心厚度测量方法 |
| CN109631783A (zh) * | 2019-01-22 | 2019-04-16 | 淮阴师范学院 | 透镜组轴上镜面间距的低相干光干涉测量装置及方法 |
| CN114577125A (zh) * | 2022-04-08 | 2022-06-03 | 上海树突精密仪器有限公司 | 一种非接触式光学透镜中心厚度测量方法及测量装置 |
| CN114577125B (zh) * | 2022-04-08 | 2024-01-19 | 上海树突精密仪器有限公司 | 一种非接触式光学透镜中心厚度测量方法及测量装置 |
| CN117006961A (zh) * | 2023-08-07 | 2023-11-07 | 淮阴师范学院 | 基于低相干光干涉的连续镜面轴上间距测量装置及方法 |
| CN116804632A (zh) * | 2023-08-22 | 2023-09-26 | 山东大学 | 一种色散补偿调节方法及系统 |
| CN116804632B (zh) * | 2023-08-22 | 2023-11-10 | 山东大学 | 一种色散补偿调节方法及系统 |
Also Published As
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