CN108827172A - 基于固态变焦透镜的非接触式激光测厚装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学测量领域，涉及一种基于固态变焦透镜的激光测厚装置及方法。所述装置由激光器，光强可调衰减器，第一准直透镜，显微透镜，空间滤波器，第二准直透镜，光阑，分光棱镜，第一像差矫正透镜，第一固态变焦透镜组件，第二固态变焦透镜组件，第二像差矫正透镜，待测物，聚焦透镜，光电探测器，数据传输线，信号控制、数据处理及显示模块，控制信号传输线组成。本发明比传统变焦透镜组更为简单紧凑，比液体透镜更为稳定，性能优越，接近衍射极限。通过全电控闭环调节固态变焦透镜焦距，改变出射光束在待测物上聚焦位置，利用激光自准直效应，记录反射光强极大值位置，实现对待测物厚度测量，测量过程中无需对待测物进行精确移动或装调。

Description

基于固态变焦透镜的非接触式激光测厚装置及方法

技术领域

本发明涉及光学测量领域，具体涉及一种基于固态变焦透镜的非接触式激光测厚装置及使用方法。

背景技术

非接触式激光测厚装置通过光学手段测量待测物（通常为透光材质）厚度，无需使用任何探头接触待测物表面，避免了划伤待测物表面的可能，与接触式测量相比具有得天独厚的优势，广泛应用于光学器件加工、高端玻璃制造以及精密光学系统装调与检测等领域。

近年来，人们发明了多种装置和方法来实现非接触式厚度测量。中国发明专利“高精度光学间隔测量装置和测量方法”（ZL201410472652.5）基于光纤迈克尔逊干涉原理，采用时域光学相干层析技术，利用宽带光源及高精度延迟扫描光路实现光学元件间隔的非接触测量，具有较高的测量精度。类似的，采用相干光原理实现非接触式测量的技术还包括：中国发明专利申请“光学透镜中心厚度的非接触式测量装置和测量方法”（申请号：201710029634.3，公开日：2017.06.13），中国发明专利“白光干涉透镜中心厚度测量系统及方法”（ZL201410390204.0）和“非接触式透镜中心厚度测量方法”（ZL201310342210.4）等。由于干涉结构的存在，上述发明装置结构复杂，易受环境干扰且系统装调难度大。中国发明专利“反射式共焦透镜中心厚度测量方法”（ZL201210191601.6）通过共焦测量方法配合平面反射镜精确定位透镜前表面顶点和后表面顶点，进而通过光线追迹公式测得透镜中心厚度。类似技术还包括：中国发明专利“反射式差动共焦透镜中心厚度测量方法”（ZL201210190779.9）和“差动共焦内调焦法透镜光轴及厚度测量方法与装置”（ZL201010121848.1）等。测量过程中此类技术需要调整被测透镜的光轴，使其与内调焦物镜共光轴，这增加了系统装调难度和操作复杂度。在中国发明专利申请“光学透镜中心厚度测量系统及方法”（申请号：201110405930.1，公开日：2012.05.02）以及中国发明专利“膜厚度测量设备”（ZL201010257722.7）中使用测量目标上反射光或透射光谱的方法来实现非接触式厚度测量，该系统需要使用宽谱光源和高分辨率光谱仪，系统成本较高。

总之，目前实现非接触式激光测厚的方法有多种，多是基于相干光干涉法、共焦测量法或光谱分析法，装置结构以及操作方法较复杂，不利于实现便携式乃至手持式测量，有时还需用到较为昂贵的高分辨率光谱仪，设备价格高昂，不利于推广应用。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出一种基于固态变焦透镜的非接触式激光测厚装置及方法，旨在实现经济、便携且性能优良的非接触式测量装置，特别适用于手持式实时测量。

本发明提供的基于固态变焦透镜的非接触式激光测厚装置及方法，利用激光光束的自准直效应，通过全电闭环调节固态变焦透镜的焦距，改变出射光束在待测物上的聚焦位置，通过记录反射光极大值位置，实现对待测物厚度的测量。固态变焦透镜由两片纳米结构超表面相位平板及其驱动装置组成，可实现无相差、近衍射极限的连续光学变焦。与现有非接触式激光测厚装置及方法相比，本发明系统结构简单紧凑，操作方法容易，测量动态范围大，测量精度较高，尤其适合用于便携式或手持式非接触测厚系统。

本发明采用的技术方案为：

一种基于固态变焦透镜的非接触式激光测厚装置，由激光器，光强可调衰减器，第一准直透镜，显微透镜，空间滤波器，第二准直透镜，光阑，分光棱镜，第一像差矫正透镜，第一固态变焦透镜组件，第二固态变焦透镜组件，第二像差矫正透镜，待测物，聚焦透镜，光电探测器，数据传输线，信号控制、数据处理及显示模块，控制信号传输线组成；所述第一固态变焦透镜组件和第二固态变焦透镜组件由一个石英玻璃基底，一个符合相位分布要求的纳米结构超表面以及固态变焦透镜驱动器组成；第一固态变焦透镜组件和第二固态变焦透镜组件组成一个固态变焦透镜；所述固态变焦透镜驱动器通过信号控制、数据处理及显示模块经由控制信号传输线输出的控制信号驱动，改变固态变焦透镜的焦距；

所述激光器的输出光束经光强可调衰减器衰减后，入射至第一准直透镜，准直后的光束入射至显微透镜，被显微透镜聚焦至空间滤波器，在空间滤波器后方出射，产生一个点光源；所述空间滤波器位于第二准直透镜的前焦平面，空间滤波器后方的出射光被第二准直透镜准直后进入光阑；通过光阑后的平行光束入射至分光棱镜，透过分光棱镜的透射光束经过第一像差矫正透镜进行像差矫正后依次经过第一固态变焦透镜组件和第二固态变焦透镜组件，然后经过第二像差矫正透镜后聚焦到待测物；由于激光光束的自准直效应，当光束聚焦到待测物前表面或后表面时会产生极大值反射，反射光束沿原光路逆向依次通过第二像差矫正透镜、第二固态变焦透镜组件、第一固态变焦透镜组件、第一像差矫正透镜后到达分光棱镜，被分光棱镜反射至聚焦透镜，而后会聚到光电探测器；光电探测器获取的光强信号被数据传输线传输至信号控制、数据处理及显示模块，同时，信号控制、数据处理及显示模块通过控制信号传输线输出控制信号至固态变焦透镜驱动器控制固态变焦透镜的焦距发生改变，进而改变光束在待测物上的聚焦位置，最终反馈至光电探测器形成光强变化，至此，整个系统形成一个闭环。通过记录光束在待测物前后表面形成的两次反射极大值位置，可准确计算出待测物厚度；

所述符合相位分布要求的纳米结构超表面采用对称结构设计，由许多纳米微结构阵列组成，每一个纳米微结构为400nm×80nm×500nm的立方块，纳米微结构之间间隔为400nm，分别按照下述相位分布排列在石英玻璃基底上：

其中A、D及E为常数，x、y为所述坐标系下的变量，λ为系统工作的波长，φ ₁ (x,y)和φ ₂ (x,y)分别为第一固态变焦透镜组件和第二固态变焦透镜组件产生的相位延迟。

假设第一固态变焦透镜组件在x方向移动的距离以及第二固态变焦透镜组件在-x方向移动的距离均为δ，则所述第一固态变焦透镜组件和第二固态变焦透镜组件在光阑处对应的相位延迟分别变为：

激光束通过两者后的总相位延迟φ(x,y)为：

经过简单推导可得：

其中，C为一常数。由此可知，所述第一固态变焦透镜组件和第二固态变焦透镜组件在发生x方向相对位移后，叠加产生的相位延迟等效为一个光学透镜，焦距由下式确定：

其中，f为等效焦距。可以看到，在设计完成后，由所述第一固态变焦透镜组件和第二固态变焦透镜组件组成的固态变焦透镜的焦距由所述第一固态变焦透镜组件和第二固态变焦透镜组件在x方向的相对位移δ确定。通过所述固态变焦透镜驱动器实现对所述第一固态变焦透镜组件和第二固态变焦透镜组件相对位置的精确控制，进而可实现不同的光学焦距。

需要指出的是，上述纳米结构超表面的构成方法仅为描述所述固态变焦透镜工作原理所用，并不用于限制本发明。可采用多种不同结构的纳米结构超表面实现所需的相位分布，包括但不限于：U形纳米结构超表面，T形纳米结构超表面，V型纳米结构超表面等，可参考发表于Science Vol.352, Issue 6290, June 2016的文献“Metalenses at Visiblewavelengths: Diffraction-limited focusing and subwavelength resolutionimaging”。

本发明还提供一种利用上述装置进行非接触式测厚的方法，该方法的步骤如下：

第一步，连接好如上所述装置；

第二步，依次打开所述激光器、光电探测器、信号控制、数据处理及显示模块；

第三步，调节所述光强可调衰减器，使到达所述光电探测器的光强低于其损伤阈值，且最低值高于光电探测器探测灵敏度；

第四步，利用所述信号控制、数据处理及显示模块输出控制信号至所述固态变焦透镜驱动器，控制所述固态变焦透镜的焦距发生改变，使得输出光束沿待测物表面法线方向在前后表面之间扫描；

第五步，利用所述信号控制、数据处理及显示模块记录所述光电探测器采集到的光强变化；

第六步，利用所述信号控制、数据处理及显示模块进行数据处理，在记录的光强变化曲线中精确找到由于激光光束的自准直效应产生的两次光强极大值位置，结合所述固态变焦透镜焦距变化曲线，反算出待测物厚度；

第七步，对同一点的厚度，重复第四至第六步多次，测量结果取平均值，以提高测量精度。

优选地，所述激光器为波长位于蓝光的半导体激光器，光功率大于10mW，可调制输出。

优选地，所述第一准直透镜焦距为10mm，所述第二准直透镜焦距为15mm，所述显微透镜焦距为5mm，所述聚焦透镜焦距为15mm。

优选地，所述空间滤波器上小孔的孔径为Φ50μm，所述光阑孔径为5mm。

优选地，所述分光棱镜在工作波长的分束比为50∶50。

优选地，所述固态变焦透镜焦距变化范围为0.3米～∞。

优选地，所述固态变焦透镜驱动器为弹簧支撑配合压电驱动器，输出最大位移为0.2mm。

优选地，所述固态变焦透镜驱动器为弹簧支撑配合音圈马达，输出最大位移为0.2mm。

优选地，所述固态变焦透镜驱动器为MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems，微机电系统）驱动器，输出最大位移为0.2mm。

优选地，所述光电探测器为CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合器件），有效像素不低于30万，帧频不低于150FPS。

优选地，所述信号控制、数据处理及显示模块包括数据采集卡、数据处理单元、可编程稳压电源、显控系统；所述数据采集卡带宽大于10MHz，采样率大于200MS/s；所述数据处理单元基于FPGA或DSP或ARM平台；所述可编程稳压电源输出最大电压不低于12V，恒压调节率0.01%，编程分辨率10mV，命令处理时间小于10ms；所述显控系统包括数值显示及参数交互功能；

本发明具有以下有益技术效果：

首先，本发明采用两片纳米结构超表面相位平板及驱动装置构成变焦系统，一方面具有比液体透镜更为稳定的性能，不受环境温度、重力等因素的影响，另一方面通过纳米结构的优化设计，可以实现近似理想相位板的功能，不会给光学系统引入其它像差，因此，无需额外增加透镜进行像差校正，最大程度简化了光学系统结构，降低了系统成本。

其次，本发明采用小型化或微型化驱动装置驱动两片纳米结构超表面相位平板在垂直光轴方向微弱移动，实现大范围的光学变焦。而传统光学变焦系统需沿光轴方向大幅度移动一个乃至一组变焦透镜，以实现光学变焦。因此，相对而言，本发明采用的变焦装置更为紧凑，驱动结构更为简洁，系统具有更为优越的便携性。

再者，本发明采用全电控闭环调节固态可变焦透镜的焦距，改变出射光束在待测物上的聚焦位置，利用激光自准直效应，通过记录反射光强极大值位置，实现对待测物厚度的测量，测量过程中无需对待测物进行精确移动或装调，操作方法容易，测量动态范围大，测量精度较高。

总的来说，与现有激光测厚装置与方法相比，本发明光学系统结构简单，布局紧凑，便携性强，且成本低廉，操作方法容易，测量动态范围大，测量精度较高，尤其适合用于便携式或手持式非接触测厚系统。

附图说明

图1是本发明所述装置的结构示意图；

其中：01为激光器，02为光强可调衰减器，03为包括但不限于单个透镜组成的准直透镜，04为显微透镜，05为空间滤波器，06为包括但不限于单个透镜组成的准直透镜，07为光阑，08为分光棱镜，09为第一像差矫正透镜，10为第一固态变焦透镜组件，11为第二固态变焦透镜组件，12为第二像差矫正透镜，13为待测物，14为聚焦透镜，15为光电探测器，16为数据传输线，17为信号控制、数据处理及显示模块，18为控制信号传输线，图1右下角虚线框内的部分是以第二固态变焦透镜组件为例展示的固态变焦透镜组件的组成部分：11a为固态变焦透镜组件的石英玻璃基底，11b为固态变焦透镜组件的纳米结构超表面，11c为固态变焦透镜组件的驱动器；

图2(a)为测量待测物后表面位置时装置结构示意图；

图2(b)为测量待测物前表面位置时装置结构示意图；

图3(a)为测量过程中产生的一种典型输出信号示意图；

其中：A为光束聚焦在待测物后表面，由于自准直效应，产生第一次极大反射值时对应的驱动电压值，B为光束聚焦在待测物前表面，由于自准直效应，产生第二次极大反射值时对应的驱动电压值；

图3(b)为固态变焦透镜工作原理示意图，仅作示例，方便说明固态变焦透镜工作原理，不作为限制本发明的约束条件；

其中：07为光阑，10为第一固态变焦透镜组件，11为第二固态变焦透镜组件，19为透过组件未发生相对位移的固态变焦透镜后的出射光束，20为透过组件发生相对位移的固态变焦透镜后的出射光束，δ为第一固态变焦透镜组件在x方向移动的距离，和第二固态变焦透镜组件在-x方向移动的距离。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

本发明提出一种基于固态变焦透镜的非接触式激光测厚装置和方法，该装置由激光器01，光强可调衰减器02，第一准直透镜03，显微透镜04，空间滤波器05，第二准直透镜06，光阑07，分光棱镜08，第一像差矫正透镜09，第一固态变焦透镜组件10，第二固态变焦透镜组件11，第二像差矫正透镜12，待测物13，聚焦透镜14，光电探测器15，数据传输线16，信号控制、数据处理及显示模块17，控制信号传输线18组成。以第二固态变焦透镜组件11为例说明该固态变焦透镜组件的结构组成和工作原理，如图1右下角虚线框内所示，所述固态变焦透镜组件11由一个石英玻璃基底11a，一个纳米结构超表面11b以及固态变焦透镜驱动器11c组成；两个所述固态变焦透镜组件构成一个固态变焦透镜；所述固态变焦透镜驱动器11c通过信号控制、数据处理及显示模块17经由控制信号传输线18输出的控制信号驱动，改变固态变焦透镜的焦距；

所述激光器01的输出光束经过光强可调衰减器02衰减后，入射至第一准直透镜03，准直后的光束再入射至显微透镜04，被显微透镜04聚焦至空间滤波器05，在空间滤波器05后方出射，产生一个点光源；空间滤波器05位于第二准直透镜06的前焦平面，空间滤波器05后方的出射光被第二准直透镜06再次准直后进入光阑07；通过光阑07后的平行光束入射至分光棱镜08，透过分光棱镜08的透射光束经过第一像差矫正透镜09进行像差矫正后入射至第一固态变焦透镜组件10和第二固态变焦透镜组件11，出射光束经过第二像差矫正透镜12后聚焦到待测物；由于激光光束的自准直效应，当光束聚焦到待测物前表面和后表面时会产生一个极大值反射，反射光束依次通过第二像差矫正透镜12、第二固态变焦透镜组件11和第一固态变焦透镜组件10、第一像差矫正透镜09后到达分光棱镜08，被分光棱镜08反射至聚焦透镜14，而后会聚到光电探测器15；光电探测器15获取的光强信号被数据传输线16传输至信号控制、数据处理及显示模块17，同时，信号控制、数据处理及显示模块17通过控制信号传输线18输出控制信号至固态变焦透镜驱动器，控制固态变焦透镜的焦距发生改变，进而改变光束在待测物13上的聚焦位置，最终反馈至光电探测器15形成光强变化，至此，整个系统形成一个闭环。

本发明的非接触式激光测厚装置工作原理如下：激光器01的输出光经过光强可调衰减器02，第一准直透镜03，显微透镜04，空间滤波器05后，形成一个光强合适的近似理想点光源，该点光源位于第二准直透镜06的前焦点上，因此，在第二准直透镜06后方产生高质量准直光束，满足在待测物表面形成高质量自准直反射的要求；该光束经过光阑07进行尺寸限制后进入分光棱镜08，透过分光棱镜08的透射光束先后经过第一像差矫正透镜09、第一固态可变焦透镜组件10和第二固态可变焦透镜组件11、第二像差矫正透镜12后聚焦到待测物13表面；待测物13上的反射光沿原光路逆向依次经过第二像差矫正透镜12、第二固态可变焦透镜组件10和第一固态可变焦透镜组件11、第一像差矫正透镜09和分光棱镜08，经分光棱镜08反射面反射至聚焦透镜14，后会聚至光电探测器15；信号控制、数据处理及显示模块17通过数据传输线16实时采集光电探测器15输出的光强信号，同时经控制信号传输线18输出控制信号至固态变焦透镜驱动器，实时控制固态变焦透镜的焦距发生改变，以改变光束在待测物13上的聚焦位置；当光束被聚焦在待测物13后表面时，如图2（a）所示，由于自准直效应，在光电探测器15上将采集到第一个光强极大值；继续改变固态变焦透镜的焦距，当光束被聚焦在待测物13前表面时，如图2（b）所示，同理，在光电探测器15上将采集到第二个光强极大值；一种典型输出信号如图3（a）所示；通过记录两次光强极大值对应的固态变焦透镜驱动电压A和B，可准确查询其对应的固态变焦透镜焦距，进而准确计算出待测物厚度。

其中：产生准直激光束的方法包括但不限于结构示意图中01~05所示激光器配合空间小孔滤波的方法，也包括利用光纤激光器光纤端面直接输出后进行准直；第一像差矫正透镜09和第二像差矫正透镜12的位置包括但不限于结构示意图所示结构，可全部分布在第一固态可变焦透镜组件10左侧或第二固态可变焦透镜组件11右侧；组成固态变焦透镜的固态变焦透镜组件数量包括但不限于结构示意图中的2个，可采取多个组件级联的方式；固态变焦透镜驱动方式包括但不限于结构示意图中11c所示弹簧支撑配合压电驱动器或音圈马达的方式，也包括MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems，微机电系统）驱动器等其它类似手段；

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种基于固态变焦透镜的非接触式激光测厚装置，由激光器，光强可调衰减器，第一准直透镜，显微透镜，空间滤波器，第二准直透镜，光阑，分光棱镜，第一像差矫正透镜，第一固态变焦透镜组件，第二固态变焦透镜组件，第二像差矫正透镜，待测物，聚焦透镜，光电探测器，数据传输线，信号控制、数据处理及显示模块，控制信号传输线组成；所述第一固态变焦透镜组件和第二固态变焦透镜组件由一个石英玻璃基底，一个符合相位分布要求的纳米结构超表面以及固态变焦透镜驱动器组成；第一固态变焦透镜组件和第二固态变焦透镜组件组成一个固态变焦透镜；所述固态变焦透镜驱动器通过信号控制、数据处理及显示模块经由控制信号传输线输出的控制信号驱动，改变固态变焦透镜的焦距；

所述激光器的输出光束经光强可调衰减器衰减后，入射至第一准直透镜，准直后的光束入射至显微透镜，被显微透镜聚焦至空间滤波器，在空间滤波器后方出射，产生一个点光源；所述空间滤波器位于第二准直透镜的前焦平面，空间滤波器后方的出射光被第二准直透镜准直后进入光阑；通过光阑后的平行光束入射至分光棱镜，透过分光棱镜的透射光束经过第一像差矫正透镜进行像差矫正后依次经过第一固态变焦透镜组件和第二固态变焦透镜组件，然后经过第二像差矫正透镜后聚焦到待测物；由于激光光束的自准直效应，当光束聚焦到待测物前表面或后表面时会产生极大值反射，反射光束沿原光路逆向依次通过第二像差矫正透镜、第二固态变焦透镜组件、第一固态变焦透镜组件、第一像差矫正透镜后到达分光棱镜，被分光棱镜反射至聚焦透镜，而后会聚到光电探测器；光电探测器获取的光强信号被数据传输线传输至信号控制、数据处理及显示模块，同时，信号控制、数据处理及显示模块通过控制信号传输线输出控制信号至固态变焦透镜驱动器控制固态变焦透镜的焦距发生改变，进而改变光束在待测物上的聚焦位置，最终反馈至光电探测器形成光强变化，至此，整个系统形成一个闭环；通过记录光束在待测物前后表面形成的两次反射极大值位置，可准确计算出待测物厚度；

所述符合相位分布要求的纳米结构超表面采用对称结构设计，由许多纳米微结构阵列组成，每一个纳米微结构为400nm×80nm×500nm的立方块，纳米微结构之间间隔为400nm，分别按照下述相位分布排列在石英玻璃基底上：

其中A、D及E为常数，x、y为所述坐标系下的变量，λ为系统工作的波长，φ ₁ (x,y)和φ ₂ (x,y)分别为第一固态变焦透镜组件和第二固态变焦透镜组件产生的相位延迟。

2.根据权利要求1所述基于固态变焦透镜的非接触式激光测厚装置，其特征在于：所述纳米结构超表面的构成方法还包括：U形纳米结构超表面，T形纳米结构超表面，V型纳米结构超表面。

3.根据权利要求1所述基于固态变焦透镜的非接触式激光测厚装置，其特征在于：所述激光器为波长位于蓝光的半导体激光器，光功率大于10mW，可调制输出。

4.根据权利要求1所述基于固态变焦透镜的非接触式激光测厚装置，其特征在于：所述第一准直透镜焦距为10mm，所述第二准直透镜焦距为15mm，所述显微透镜焦距为5mm，所述聚焦透镜焦距为15mm。

5.根据权利要求1所述基于固态变焦透镜的非接触式激光测厚装置，其特征在于：所述空间滤波器上小孔的孔径为Φ50μm，所述光阑孔径为5mm。

6.根据权利要求1所述基于固态变焦透镜的非接触式激光测厚装置，其特征在于：所述分光棱镜在工作波长的分束比为50∶50。

7.根据权利要求1所述基于固态变焦透镜的非接触式激光测厚装置，其特征在于：所述固态变焦透镜焦距变化范围为0.3米～∞。

8.根据权利要求1所述基于固态变焦透镜的非接触式激光测厚装置，其特征在于：所述固态变焦透镜驱动器为弹簧支撑配合压电驱动器，输出最大位移为0.2mm。

9.根据权利要求1所述基于固态变焦透镜的非接触式激光测厚装置，其特征在于：所述固态变焦透镜驱动器为弹簧支撑配合音圈马达，输出最大位移为0.2mm。

10.根据权利要求1所述基于固态变焦透镜的非接触式激光测厚装置，其特征在于：所述固态变焦透镜驱动器为MEMS驱动器，输出最大位移为0.2mm。

11.根据权利要求1所述基于固态变焦透镜的非接触式激光测厚装置，其特征在于：所述光电探测器为CCD，有效像素不低于30万，帧频不低于150FPS。

12.根据权利要求1所述基于固态变焦透镜的非接触式激光测厚装置，其特征在于：所述信号控制、数据处理及显示模块包括数据采集卡、数据处理单元、可编程稳压电源、显控系统；所述数据采集卡带宽大于10MHz，采样率大于200MS/s；所述数据处理单元基于FPGA或DSP或ARM平台；所述可编程稳压电源输出最大电压不低于12V，恒压调节率0.01%，编程分辨率10mV，命令处理时间小于10ms；所述显控系统包括数值显示及参数交互功能。

13.一种利用如权利要求1所述装置进行非接触式测厚的方法，该方法的步骤如下：

第一步，连接好如权利要求1所述装置；

第二步，依次打开所述激光器、光电探测器、信号控制、数据处理及显示模块；

第三步，调节所述光强可调衰减器，使到达所述光电探测器的光强低于其损伤阈值，且最低值高于光电探测器探测灵敏度；

第四步，利用所述信号控制、数据处理及显示模块输出控制信号至所述固态变焦透镜驱动器，控制所述固态变焦透镜的焦距发生改变，使得输出光束沿待测物表面法线方向在前后表面之间扫描；

第五步，利用所述信号控制、数据处理及显示模块记录所述光电探测器采集到的光强变化；

第六步，利用所述信号控制、数据处理及显示模块进行数据处理，在记录的光强变化曲线中精确找到由于激光光束的自准直效应产生的两次光强极大值位置，结合所述固态变焦透镜焦距变化曲线，反算出待测物厚度；

第七步，对同一点的厚度，重复第四至第六步多次，测量结果取平均值，以提高测量精度。