后置分光瞳激光差动共焦透镜中心厚度测量方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及后置分光瞳激光差动共焦透镜中心厚度测量方法与装置，属于光学精密测量技术领域。本方法利用差动共焦响应曲线的绝对零点分别对被测透镜的前、后表面顶点进行精确定焦，通过光线追迹及其补偿模型计算出被测透镜的中心厚度。本发明专利技术首次将后置分光瞳激光差动共焦技术用于透镜中心厚度的高精度检测，仅用一路探测器即可实现差动共焦定焦及透镜中心厚度测量，避免了更换被测镜可能导致的定焦精度下降，进而提高了测量精度；将激光差动共焦技术与光线追迹技术有机融合，建立光线追迹及其补偿模型以消除各定焦表面参数之间的影响；并通过线性拟合绝对零点附近的数据实现快速触发定焦，使测量速度、精度及抗散射能力大大提升。

Central Thickness Measurement Method and Device for Post-Splitting Pupil Laser Differential Confocal Lens

The invention relates to a method and device for measuring the central thickness of a post-splitting pupil laser differential confocal lens, belonging to the technical field of optical precision measurement. In this method, the absolute zeros of the differential confocal response curve are used to precisely focus the front and rear surface vertices of the measured lens, and the central thickness of the measured lens is calculated by ray tracing and compensation model. For the first time, the post-splitting pupil laser differential confocal technology is applied to the high-precision detection of the central thickness of lenses. The differential confocal focusing and the central thickness measurement of lenses can be realized by only one detector, thus avoiding the possible decrease of the focusing accuracy caused by replacing the measured lens, thereby improving the measurement accuracy. The laser differential confocal technology and ray tracing technology are organically integrated to establish light rays. Tracking and compensation model are used to eliminate the influence between the parameters of the fixed focal surface, and fast triggering focusing is realized by fitting the data near the absolute zero point linearly, which greatly improves the measuring speed, accuracy and anti-scattering ability.

【技术实现步骤摘要】
后置分光瞳激光差动共焦透镜中心厚度测量方法与装置
本专利技术涉及后置分光瞳激光差动共焦透镜中心厚度测量方法与装置，可用于透镜中心厚度的非接触式高精度测量，属于光学精密测量

技术介绍
在光学领域中，透镜中心厚度的测量具有重要意义。透镜中心厚度是光学系统中的一个重要参数，其加工质量的好坏会对光学系统的成像质量产生较大影响。特别是对于光刻机物镜、航天相机等高性能光学系统中的透镜，需要根据镜头中透镜的曲率半径、折射率和中心厚度对透镜的轴向间隙、径向偏移和光轴偏角进行精密的调整。以光刻机物镜为例，每个单透镜中心厚度的偏差都会造成光刻物镜的像差，影响物镜的成像质量。目前应用较为广泛的“数码镜头”和“CCD扫描镜头”，其透镜中心厚度的精度一般为几微米，也需要有高精度的仪器来测量和检验，因此透镜中心厚度是光学零件必检和严格控制的项目之一。目前，透镜中心厚度测量技术可分为接触式测量和非接触式测量两种。接触式测量，一般是用手持千分表或千分尺测量。测量时，透镜中心点位置的准确性将直接影响测量精度，因此检验员在测量时要来回移动被测透镜，寻找最高点(凸镜)或最低点(凹镜)，因而测量速度慢，误差大，而本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.后置分光瞳激光差动共焦透镜中心厚度测量方法，其特征在于：具体步骤如下：步骤一、点光源(1)发出的光经分束镜(2)、准直透镜(4)和会聚透镜(5)后形成测量光束照射在被测透镜(6)上；步骤二、调整被测透镜(6)，使被测透镜(6)与测量光束共光轴，由被测透镜(6)反射回来的光通过会聚透镜(5)和准直透镜(4)后被分束镜(2)反射，被后置光瞳遮挡一半，透过的一半光束则聚焦为测量光斑，进入分光瞳差动共焦探测系统(11)；步骤三、沿光轴方向移动被测透镜(2)，使测量光束的焦点与被测透镜(2)的前表面顶点位置重合；在该位置扫描被测透镜(6)，由分光瞳差动共焦探测系统(11)得到差动共焦响应曲线，通过差...

【技术特征摘要】
1.后置分光瞳激光差动共焦透镜中心厚度测量方法，其特征在于：具体步骤如下：步骤一、点光源(1)发出的光经分束镜(2)、准直透镜(4)和会聚透镜(5)后形成测量光束照射在被测透镜(6)上；步骤二、调整被测透镜(6)，使被测透镜(6)与测量光束共光轴，由被测透镜(6)反射回来的光通过会聚透镜(5)和准直透镜(4)后被分束镜(2)反射，被后置光瞳遮挡一半，透过的一半光束则聚焦为测量光斑，进入分光瞳差动共焦探测系统(11)；步骤三、沿光轴方向移动被测透镜(2)，使测量光束的焦点与被测透镜(2)的前表面顶点位置重合；在该位置扫描被测透镜(6)，由分光瞳差动共焦探测系统(11)得到差动共焦响应曲线，通过差动共焦响应曲线(17)的绝对零点来确定测量光束精确定焦在被测透镜(6)的前表面顶点的位置，并将此时前表面顶点位置记为Z1；步骤四、继续沿光轴方向移动被测透镜(6)，使测量光束的焦点与被测透镜(6)的后表面顶点位置重合；在后表面顶点位置扫描被测透镜(6)，由分光瞳差动共焦探测系统(11)得到差动共焦响应曲线(17)，通过差动共焦响应曲线(17)的绝对零点来确定测量光束精确定焦在被测透镜(6)的后表面顶点位置，并将此时后表面顶点位置记为Z2；步骤五、根据建立的光线追迹及其补偿模型，得到透镜中心厚度d的计算公式如下：代入已知参数：测量光束的数值孔径角α0、被测透镜的前表面曲率半径r1、空气折射率n0、被测透镜折射率n和两次定焦位置之间的距离l＝|Z2-Z1|，则可计算被测透镜的中心厚度d。2.根据权利要求1所述的后置分光瞳激光差动共焦透镜中心厚度测量方法，其特征在于：将激光差动共焦技术与光线追迹技术有机融合，建立光线追迹及其补偿模型，进而消除各层析定焦表面参数间的相互影响，进而得出透镜中心厚度的计算公式。如图2和公式(2)所示，rN为第N个表面SN的曲率半径，nN为第N个表面SN与第N+1个表面SN+1之间的材料折射率，dN-1为第N-1个表面SN-1与第N个表面SN之间的轴向间隙，lN′为SN顶点到SN出射线与光轴交点的距离，uN′为SN出射光线与光轴的夹角。根据以上公式可推导得出透镜中心厚度计算的公式(1)，进一步实现透镜中心厚度精确测量。3.根据权利要求1所述的后置分光瞳激光差动共焦透镜中心厚度测量方法，其特征在于：所述后...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵维谦，杨帅，邱丽荣，王允，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11