CN109855546A - 一种短相干干涉测量透镜中心厚度的系统和方法 - Google Patents
一种短相干干涉测量透镜中心厚度的系统和方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109855546A CN109855546A CN201811603799.8A CN201811603799A CN109855546A CN 109855546 A CN109855546 A CN 109855546A CN 201811603799 A CN201811603799 A CN 201811603799A CN 109855546 A CN109855546 A CN 109855546A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lens
- light
- center thickness
- measurement
- circulator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 title claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 17
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 25
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 13
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 13
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 13
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 241000208340 Araliaceae Species 0.000 claims description 2
- 235000005035 Panax pseudoginseng ssp. pseudoginseng Nutrition 0.000 claims description 2
- 235000003140 Panax quinquefolius Nutrition 0.000 claims description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 2
- 235000008434 ginseng Nutrition 0.000 claims description 2
- 238000005305 interferometry Methods 0.000 abstract description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 101100533625 Neurospora crassa (strain ATCC 24698 / 74-OR23-1A / CBS 708.71 / DSM 1257 / FGSC 987) drc-4 gene Proteins 0.000 description 1
- 101150033482 SLD2 gene Proteins 0.000 description 1
- 101100533627 Schizosaccharomyces pombe (strain 972 / ATCC 24843) drc1 gene Proteins 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 230000005499 meniscus Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 230000004304 visual acuity Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明属于光学精密测量技术领域，具体为一种短相干干涉测量透镜中心厚度的系统和方法。本发明公开的短相干干涉测量透镜中心厚度的系统，包括可见激光光源，超辐射发光二极管（SLD）红外光源，隔离器，波分复用器WDM，测量镜头，分光耦合器，环路器，准直镜头，参考反射镜，平衡探测器，数据采集卡，被测透镜等。本发明以一种宽光谱短相干红外激光作为光源，采用干涉的方法，以非接触的形式测量透镜镜片的中心厚度，能够实现快速、高精度的测量；该系统测量精度可以达到5μm。
Description
技术领域
本发明属于现代光学精密测量技术领域，具体涉及透镜中心厚度测量系统和方法。
技术背景
光学镜片的中心厚度是一个非常重要的技术指标，中心厚度的精度会直接影响到整个光学系统的成像质量，所以有效准确地检测镜片的中心厚度非常重要。
目前，测量透镜厚度技术可以分为接触式和非接触式两种：
接触式测量，一般是用千分表测量。该测量方法稳定性差，效率低下，且很有可能会在测量的同时造成镜片表面的划伤。随着光电产业的发展，对光学镜片的各项技术指标提出了更高的要求，传统的采用千分表的接触式的测量中心厚度已经阻碍了光电产业的发展。
非接触测量法有图像法、白光共焦法和干涉法等。图像法透镜中心厚度测量精度受摄像机成像系统、CCD分辨能力、图像清晰度和标定系数精确度的影响，测量误差在15μm以内。白光共焦法利用白光通过透镜后轴向色差形成的探针对被测透镜表面顶点进行定位，然后通过被测透镜上下表面顶点反射的光谱信息计算透镜的厚度。但该方法定焦灵敏度和分辨力较低，且工作距离有限，为30μm-25mm。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测量精度高的透镜中心厚度测量系统和方法。
本发明基于“迈克尔逊干涉仪”的原理，采用一种宽光谱短相干光源，短相干干涉测量透镜中心厚度，以解决现有透镜中心厚度测量方法测量精度低的问题。
本发明提供短相干干涉测量透镜中心厚度的系统，包括：可见光源1，SLD红外光源2，2个隔离器3、15，2个分光耦合器4、14，2个环路器5、13，波分复用器WDM6，测量镜头7，被测透镜8，准直镜头9，参考反射镜10，平衡探测器11，数据采集卡12；系统光路为：
所述SLD红外光源2发出的红外激光，经过第二隔离器15，进入第一分光耦合器4，经过第一分光耦合器4之后分为两路，一路进入第一环路器5，另一路进入第二环路器13；进入第一环路器5的红外激光，与可见光源1发出并经过第一隔离器3的激光一同进入波分复用器WDM6进行耦合；经过波分复用器WDM6耦合的激光束经过测量镜头7聚焦后出射至被测透镜表面8，经被测透镜8表面反射后光束沿原光路返回，经由波分复用器WDM6后从波分复用器WDM6的另一端出射进入第一环路器5，该路光束将由第一环路器5的3号出口出射，进入第二分光耦合器14；另一束由第一分光耦合器4出射的光进入第二环路器13后，经由准直镜头9准直后出射至参考反射镜10表面，经由参考反射镜10反射后沿原光路返回，反射光由第二环路器13的3号出口出射，与由第一环路器5的3号出口出射的光束一同进入第二分光耦合器14；经第二分光耦合器14耦合后，两束光被分成两束光强相等的光进入平衡探测器11的两个输入端；平衡探测器11对输入的光信号进行处理后转换成电信号，并输出至位于计算机上的数据采集卡12，在计算器显示屏上显示该信号；再根据前后表面分别形成干涉时参考反射镜10的位移量，计算出被测透镜的中心厚度。
本发明中，所述SLD红外光源2的中心波长为805nm-1550nm，半波宽为20nm-85nm。
本发明中，两个分光耦合器采用不同分光比，以便匹配测量光与参考光的强度，提高干涉信号的对比度。具体来说，第一分光耦合器4的耦合比为75:25至99：1，第二分光耦合器14的耦合比为50:50。
本发明中，所述可见光源1的波长为441.6nm-694.3nm；所述可见光源1的引入是作为光路调整辅助光源，方便被测透镜的光路调整，不参与测量。
本发明中，所述的参考反射镜10设置于系统的导轨上，方便前后移动以改变参考光路的光程。
本发明中，所述的测量镜头7可为变焦距镜头，以实现测量光在透镜前、后表面的分别反射。
本发明中，根据被测透镜前后表面之间光程差与折射率，即可对透镜中心厚度进行计算。
基于上述测量系统的透镜中心厚度测量方法，包括以下步骤：
步骤一、给出被测透镜8的折射率n，输入系统；
步骤二、将被测透镜8装夹于测量夹具上，并通过可见光源1的辅助，调整被测量透镜8的位置及测量镜头7的焦距，使得测量光能够沿原光路返回；
步骤三、把参考反射镜10沿导轨移动（在电机的带动下），在满足等光程条件时，与被测透镜8的前、后表面反射回的光分别发生干涉，计算机通过数据采集卡12采集数据，分别记录发生干涉时参考反射镜10的位置：；
步骤四、根据公式：，计算得到被测透镜的中心厚度D。这可由数据处理单元计算。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
（1）本发明提出了一种基于宽光谱短相干干涉原理的非接触式测量透镜镜片中心厚度的方法，不会损伤被测量透镜表面；
（2）本发明不仅可以用来测量单片镜片的中心厚度，还可以用来测量一组镜头中每片镜片的中心厚度及每片镜片之间的距离，且本发明中的被测透镜包含但不限于平面透镜、双凸透镜、平凸透镜、双凹透镜、弯月透镜；
（3）本发明操作简单，测量过程便捷，测量精度高（5μm），测量重复性好；
（4）本发明采用了平衡探测的方式完成干涉信号的光电转换。平衡探测技术放大了差模信号，抑制了共模噪声，大大提高了系统信噪比。
图中标号：1为可见光源，2为SLD红外光源，3为第一隔离器，4为第一分光耦合器，5为第一环路器，6为波分复用器WDM，7为测量镜头，8为被测透镜，9为准直镜头，10维参考反射镜，11为平衡探测器，12为数据采集卡，13为第二环路器，14为第二分光耦合器，15为第二隔离器。
附图说明
图1为本发明系测量统的结构图示。
具体实施方式
以下结合下图进一步说明本发明。
如图所述，本发明公布的短相干干涉测量透镜中心厚度方法包括：可见光源(1)，SLD红外光源2，2个隔离器3、15，2个分光耦合器4、14，2个环路器5、13，波分复用器WDM6，测量镜头7，被测透镜8，准直镜头9，参考反射镜10，平衡探测器11，数据采集卡12。
SLD红外光源2发出的红外激光，经过隔离器15，进入分光耦合器4，经过耦合器4之后分为两路，一路进入环路器5，另一路进入环路器13。进入环路器5的红外激光与可见光源1发出的激光一同进入波分复用器WDM6进行耦合。经过波分复用器WDM6耦合的激光束经过测量镜头7聚焦后出射至被测透镜8表面，经被测透镜8表面反射后光束沿原光路返回，经由波分复用器WDM6后从波分复用器WDM6的另一端出射进入环路器5，该路光束将由环路器5的3号出口出射，进入分光耦合器14。另一束由分光耦合器4出射的光进入环路器13后，经由准直镜头9准直后出射至参考反射镜10表面，经由参考反射镜10反射后沿原光路返回，反射光由环路器13的3号出口出射，与由环路器5的3号出口出射的光束一同进入分光耦合器14。经过分光耦合器14的作用后，两束光被分成两束光强相等的光进入平衡探测器11的两个输入端。平衡探测器11对输入的光信号进行处理后转换成电信号，并输出至位于计算机上的数据采集卡12，在计算器显示屏上可以观测到该信号。
本发明的原理是：参考反射镜10在电机的带动下沿导轨移动，在满足等光程条件时，与被测透镜8的前、后表面反射回的光分别发生干涉。计算机通过数据采集卡12采集数据，分别记录发生干涉时反射镜10的位置，根据记录的位置读数，通过软件内置算法可以计算出被测透镜8的中心厚度。
本实施方案中，根据输入的被测透镜8的折射率n，中心厚度的计算公式可以为：
。
本实施方案中，采用芯径为8.2的单模光纤，工作中心波长为1310nm。
本实施方案中，宽光谱光源SLD2发射的激光中心波长为1295nm，半波宽为85nm。
本实施方案中，分光耦合器4的耦合比为99：1，另一个分光耦合器14的耦合比为50：50。
本实施方案中，为了匹配测量光与参考光的强度，采用了两个不同分光比的光纤耦合器（4）、（14）分别完成分光与干涉工作。根据光学相干理论，该分光比匹配了测量光与参考光的强度，有利于提高干涉信号的对比度。
本实施方案中，采用的光源波长处于不可见的红外波段，因此使用光纤波分复用器6将波长为660nm的可见光引入光学系统，作为光路调整辅助光源，方便被测透镜的位置调整。
本实施方案中，采用了平衡探测的方式完成干涉信号的光电转换。平衡探测技术放大了差模信号，抑制了共模噪声，大大提高了系统信噪比。
本发明公布的短相干干涉测量透镜中心厚度方法，包括以下步骤：
步骤一、输入被测透镜8的折射率n；
步骤二、将被测透镜8装夹于测量夹具上，并通过660nm可见光1的辅助，调整被测量透镜8的位置与测量镜头7的焦距，使得测量光能够沿原光路返回；
步骤三、参考反射镜10在电机的带动下沿导轨移动，在满足等光程条件时，与被测透镜8的前、后表面反射回的光分别发生干涉，计算机通过数据采集卡12采集数据，分别记录发生干涉时参考反射镜10的位置；
步骤四、数据处理单元根据公式：，计算得到被测透镜8的中心厚度D。
显然，以上实施方式的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于所述技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种短相干干涉测量透镜中心厚度的系统，其特征在于，包括：可见光源（1），SLD红外光源（2），2个隔离器（3）、（15），2个分光耦合器（4）、（14），2个环路器（5）、（13），波分复用器WDM（6），测量镜头（7），被测透镜（8），准直镜头（9），参考反射镜（10），平衡探测器（11），数据采集卡（12）；系统光路为：
所述SLD红外光源（2）发出的红外激光，经过第一隔离器（15），进入第一分光耦合器（4），经过第一分光耦合器（4）之后分为两路，一路进入第一环路器（5），另一路进入第二环路器（13）；进入第一环路器（5）的红外激光，与可见光源（1）发出并经过第一隔离器（3）的激光一同进入波分复用器WDM（6）进行耦合；经过波分复用器WDM（6）耦合的激光束经过测量镜头（7）聚焦后出射至被测透镜表面（8），经被测透镜（8）表面反射后光束沿原光路返回，经由波分复用器WDM（6）后从波分复用器WDM（6）的另一端出射进入第一环路器（5），该路光束将由第一环路器（5）的3号出口出射，进入第二分光耦合器（14）；另一束由第一分光耦合器（4）出射的光进入第二环路器（13）后，经由准直镜头（9）准直后出射至参考反射镜（10）表面，经由参考反射镜（10）反射后沿原光路返回，反射光由第二环路器（13）的3号出口出射，与由第一环路器（5）的3号出口出射的光束一同进入第二分光耦合器（14）；经第二分光耦合器（14）耦合后，两束光被分成两束光强相等的光进入平衡探测器（11）的两个输入端；平衡探测器（11）对输入的光信号进行处理后转换成电信号，并输出至位于计算机上的数据采集卡（12），在计算器显示屏上显示该信号；再根据前后表面分别形成干涉时参考反射镜（10）的位移量，计算出被测透镜的中心厚度。
2.根据权利要求1所述的短相干干涉测量透镜中心厚度的系统，其特征在于，所述SLD红外光源（2）的中心波长为805nm-1550nm，半波宽为20nm-85nm。
3.根据权利要求1所述的短相干干涉测量透镜中心厚度的系统，其特征在于，两个分光耦合器（4）、（14）采用不同分光比，以便匹配测量光与参考光的强度，提高干涉信号的对比度。
4.根据权利要求3所述的短相干干涉测量透镜中心厚度的系统，其特征在于，所述第一分光耦合器（4）的耦合比范围为75:25至99:1，第二分光耦合器（14）的耦合比为50:50。
5.根据权利要求1所述的短相干干涉测量透镜中心厚度的系统，其特征在于，所述可见光源（1）的波长为441.6nm-694.3nm。
6.根据权利要求1所述的短相干干涉测量透镜中心厚度的系统，其特征在于，所述的参考反射镜（10）设置于系统的导轨上，方便前后移动以改变参考光路的光程。
7.根据权利要求1所述的短相干干涉测量透镜中心厚度的系统，其特征在于，所述的测量镜头（7）为变焦距镜头，以实现测量光在透镜前、后表面的分别反射。
8.基于权利要求1-7之一所述系统的透镜中心厚度测量方法，其特征在于，具体步骤为：
步骤一、给出被测透镜（8）的折射率n，输入系统；
步骤二、将被测透镜（8）装夹于测量夹具上，并通过可见光源（1）的辅助，调整被测量透镜（8）的位置及测量镜头（7）的焦距，使得测量光能够沿原光路返回；
步骤三、把参考反射镜（10）沿导轨移动，在满足等光程条件时，与被测透镜（8）的前、后表面反射回的光分别发生干涉，计算机通过数据采集卡（12）采集数据，分别记录发生干涉时参考反射镜（10）的位置：；
步骤四、根据公式：，计算得到被测透镜的中心厚度D。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811603799.8A CN109855546A (zh) | 2018-12-26 | 2018-12-26 | 一种短相干干涉测量透镜中心厚度的系统和方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811603799.8A CN109855546A (zh) | 2018-12-26 | 2018-12-26 | 一种短相干干涉测量透镜中心厚度的系统和方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109855546A true CN109855546A (zh) | 2019-06-07 |
Family
ID=66892487
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811603799.8A Pending CN109855546A (zh) | 2018-12-26 | 2018-12-26 | 一种短相干干涉测量透镜中心厚度的系统和方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109855546A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113587843A (zh) * | 2021-07-27 | 2021-11-02 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 干涉共聚焦测量系统及测量方法 |
| JP7574504B1 (ja) | 2021-12-29 | 2024-10-28 | 深▲せん▼市▲レイ▼神智能系統有限公司 | レーザレーダの調節方法、レーザ、レーザレーダ及びその応用 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050157308A1 (en) * | 2004-01-15 | 2005-07-21 | Andrei Brunfeld | Apparatus and method for measuring thickness variation of wax film |
| CN101268927A (zh) * | 2007-03-23 | 2008-09-24 | 株式会社拓普康 | 光图像计测装置以及图像处理装置 |
| CN103322933A (zh) * | 2013-07-04 | 2013-09-25 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 非接触式光学镜面间隔测量装置 |
| CN104154869A (zh) * | 2014-08-08 | 2014-11-19 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 白光干涉透镜中心厚度测量系统及方法 |
| CN104412125A (zh) * | 2012-03-29 | 2015-03-11 | 商业创新和技能部国务大臣 | 测量装置、系统和方法 |
-
2018
- 2018-12-26 CN CN201811603799.8A patent/CN109855546A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050157308A1 (en) * | 2004-01-15 | 2005-07-21 | Andrei Brunfeld | Apparatus and method for measuring thickness variation of wax film |
| CN101268927A (zh) * | 2007-03-23 | 2008-09-24 | 株式会社拓普康 | 光图像计测装置以及图像处理装置 |
| CN104412125A (zh) * | 2012-03-29 | 2015-03-11 | 商业创新和技能部国务大臣 | 测量装置、系统和方法 |
| CN103322933A (zh) * | 2013-07-04 | 2013-09-25 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 非接触式光学镜面间隔测量装置 |
| CN104154869A (zh) * | 2014-08-08 | 2014-11-19 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 白光干涉透镜中心厚度测量系统及方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| LI CHEN: "Measurement system for lens thickness based on low-coherent fiber-optic interferometry", 《PROCEEDINGS》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113587843A (zh) * | 2021-07-27 | 2021-11-02 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 干涉共聚焦测量系统及测量方法 |
| CN113587843B (zh) * | 2021-07-27 | 2022-05-27 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 干涉共聚焦测量系统及测量方法 |
| JP7574504B1 (ja) | 2021-12-29 | 2024-10-28 | 深▲せん▼市▲レイ▼神智能系統有限公司 | レーザレーダの調節方法、レーザ、レーザレーダ及びその応用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104007560B (zh) | 光学镜头辅助装调装置 | |
| CN104215176B (zh) | 高精度光学间隔测量装置和测量方法 | |
| CN104154869B (zh) | 白光干涉透镜中心厚度测量系统及方法 | |
| CN101793500B (zh) | 差动共焦透镜中心厚度测量方法与装置 | |
| CN105674902B (zh) | 光学镜组镜面间隙测量装置和测量方法 | |
| CN101769821A (zh) | 基于差动共焦技术的透镜折射率与厚度的测量方法及装置 | |
| CN101788271A (zh) | 共焦透镜中心厚度测量方法与装置 | |
| CN102435146A (zh) | 光学透镜中心厚度测量系统及方法 | |
| CN113375572B (zh) | 光谱共焦法实现grin透镜厚度的测量方法及测量系统 | |
| CN112325765B (zh) | 一种面阵点扫描分光白光干涉仪 | |
| CN109059762B (zh) | 一种菲涅尔波带片光谱共焦测量方法 | |
| CN103267482A (zh) | 一种高精度位移检测装置及方法 | |
| CN102183490B (zh) | 光纤全息干涉测量装置 | |
| CN108132026B (zh) | 半导体中红外可见光双波长透射式干涉测试装置 | |
| CN109187430A (zh) | 后置分光瞳激光差动共焦透镜折射率测量方法与装置 | |
| CN101762240A (zh) | 差动共焦镜组轴向间隙测量方法与装置 | |
| CN109855546A (zh) | 一种短相干干涉测量透镜中心厚度的系统和方法 | |
| CN206787499U (zh) | 大间距镜头镜片距离测量装置 | |
| CN203259473U (zh) | 一种折射率测量装置 | |
| EP3423782B1 (en) | Device and method for measuring the parameters of phase elements | |
| CN202382711U (zh) | 光学透镜中心厚度测量系统 | |
| CN111964580B (zh) | 一种基于光杠杆的薄膜位置与角度的检测装置及方法 | |
| JP2000241128A (ja) | 面間隔測定方法および装置 | |
| CN203502204U (zh) | 基于共聚焦原理的光学镜头色差测量装置 | |
| CN208155267U (zh) | 一种光学表面间距非接触式测量装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190607 |