基于低相干光干涉法的透镜中心厚度的非接触测量方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术操作简便、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。

Non contact measurement method for central thickness of lens based on low coherent light interference method

The invention discloses a non-contact measurement method, an optical interferometry based on low coherence thickness of lens center include: a white light or low coherent light as the incident light source, optical path adjustment between the two optical interference instrument to observe the optical path difference arm interference fringe; in the two optical arm were implanted and prism group optical flat glass, two beam respectively vertical prism group and optical glass surface, optical movable wedge prism adjustment moving prism group, until the measurement process for the first time to see the placement of optical interference fringes; arm measured lens and let the beam vertically through the center of the lens in the flat glass, continue to move the movable wedge prism until second see the circular fringe; two times were recorded to observe the position reading of movable wedge prism linkage ruler for measuring the interference fringes, calculate the lens center thickness Degree. The invention is simple in operation, non - contact and nondestructive measurement. Through the transmission interferometry, it is especially suitable for measuring the central thickness of lens with low surface reflectivity.

【技术实现步骤摘要】
基于低相干光干涉法的透镜中心厚度的非接触测量方法
本专利技术涉及光学精密测量
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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。本专利技术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为本专利技术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为本专利技术实施例提供的用于迈克尔逊干涉仪的光路示意图；图3为本专利技术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为本专利技术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。具体实施方式本专利技术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。本专利技术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文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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：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：

【专利技术属性】
技术研发人员：刘经佑，雷枫，
申请(专利权)人：淮阴师范学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32