详情

原文传递横向相减差动共焦透镜折射率测量方法

专利名称：	横向相减差动共焦透镜折射率测量方法
摘要：	本发明公开的横向相减差动共焦透镜折射率测量方法，属于光学精密测量技术领域。本发明公开的横向相减差动共焦透镜折射率测量方法，在共焦测量系统中，在CCD探测的艾丽斑图像上通过软件设置大、小虚拟针孔探测区域并将其探测的两条共焦特性曲线通过相减处理来锐化共焦特性曲线，将锐化共焦特性曲线进行差动相减处理得到轴向高灵敏的差动共焦特性曲线，利用该差动共焦特性曲线零点与差动共焦测量系统焦点精确对应的特性对被测透镜折射率测量时各顶点位置进行高精度定焦寻位，通过光线追迹补偿精确得到透镜的折射率，实现透镜折射率的高精度测量。本发明具有测量精度高、抗环境干扰能力强和结构简单等优势，在光学精密测量领域具有广泛的应用前景。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京理工大学
发明人：	王允;邱丽荣;赵维谦
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-19T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-09T00:00:00+0800
申请号：	CN201910317051.X
公开号：	CN109991190A
代理机构：	北京理工正阳知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	邬晓楠
分类号：	G01N21/41(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	100081 北京市海淀区中关村南大街5号
主权项：	1.横向相减差动共焦透镜折射率测量方法，其特征在于：包括以下步骤， a)打开点光源(1)，点光源(1)发出的光经分束镜(2)、准直透镜(3)和测量物镜(4)后形成聚焦测量光束(5)照射在被测透镜(6)上； b)调整被测透镜(6)使其与测量物镜(4)和准直透镜(3)共光轴，使准直透镜(3)出射的平行光束经测量物镜(4)汇聚成聚焦测量光束(5)聚焦在被测透镜(6)顶点A上，被测透镜(6)顶点反射的聚焦测量光束(5)再经测量物镜(4)和准直透镜(3)后被分束镜(2)反射进入到横向相减差动共焦探测系统(7)，测量光束形成焦前测量艾里斑(13)后被焦前CCD探测器(10)探测； c)沿光轴方向测量物镜(4)使聚焦测量光束(5)的焦点与被测透镜(6)的顶点A位置重合；在被测透镜(6)顶点A位置附近轴向扫描测量物镜(4)，将横向相减差动共焦探测系统(7)中焦前大虚拟针孔探测域(14)和焦前小虚拟针孔探测域(15)分别探测的焦前大虚拟针孔探测共焦特性曲线(19)IB1(z,-uM)和焦前小虚拟针孔探测共焦特性曲线(20)IS1(z,-uM)进行相减处理得到半高宽压缩的焦前横向相减锐化共焦特性曲线(21)I1(z,-uM)＝IS1(z,-uM)-γIB1(z,-uM)，将横向相减差动共焦探测系统(7)中焦后大虚拟针孔探测域(17)和焦后小虚拟针孔探测域(18)分别探测的焦后大虚拟针孔探测共焦特性曲线(22)IB2(z,+uM)和焦后小虚拟针孔探测共焦特性曲线(23)IS2(z,+uM)进行相减处理得到半高宽压缩的焦后横向相减锐化共焦特性曲线(24)I2(z,+uM)＝IS2(z,+uM)-γIB2(z,+uM)，其中z为轴向坐标，γ为调节因子，uM为焦前CCD探测器(9)偏离焦前显微物镜(8)焦平面距离M的归一化距离，也是焦后CCD探测器(11)偏离焦后显微物镜(10)焦平面距离M的归一化距离；将焦后横向相减锐化共焦特性曲线(24)I2(z,+uM)和焦前横向相减锐化共焦特性曲线(21)I1(z,-uM)进行差动相减即得到轴向高灵敏的横向相减差动共焦特性曲线一(25)ID(z)： ID(z)＝I2(z,+uM)-I1(z,-uM) (1) 通过横向相减差动共焦特性曲线一(25)ID(z)的拟合直线零点(28)来确定被测透镜(6)的前表面顶点A，进而精确确定被测透镜(6)的前表面顶点A的位置Z1； d)继续沿光轴方向移动测量物镜(4)，使聚焦测量光束(5)的焦点与被测透镜(6)的后表面顶点B重合；在所述透镜顶点B位置附近轴向扫描测量物镜(4)，此时聚焦测量光束(5)被被测透镜(6)后表面顶点位置B原路反射进入横向相减差动共焦探测系统(7)被探测；在该位置附近扫描测量物镜(4)，由横向相减差动共焦探测系统(7)测得离散横向相减差动共焦特性曲线二(26)，主控计算机(30)通过差动共焦线性拟合直线(27)的拟合直线零点(28)精确确定被测透镜(6)的焦点位置B，记录此时聚焦测量光束(5)的焦点位置Z2； f)根据建立的光线追迹补偿模型，得到透镜折射率n满足以下公式：代入已知参数：测量光束的数值孔径角α1、被测透镜的前表面曲率半径r1、空气折射率nair、被测透镜中心厚度t和两次定焦位置之间的距离d1＝\|Z2-Z1\|，即可计算得出被测透镜的折射率n。 2.根据权利要求1所述的横向相减差动共焦透镜折射率测量方法，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，消除各层析定焦表面参数间的相互影响，进而得出透镜折射率的计算公式，如公式(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，根据以上公式推导得出透镜折射率计算的公式(2)，实现透镜折射率精确测量。 3.根据权利要求1所述的横向相减差动共焦透镜折射率测量方法，其特征在于：在光路中增加环形光瞳(37)对测量光束进行调制，形成环形光束，降低测量元件参数时波相差对测量光束的影响，减少测量误差。
所属类别：	发明专利