[發明專利]一種光譜共焦式透鏡中心厚度測量方法及裝置

有效

• 申請號: 201410325057.9
• 申請日: 2014-07-09
• 公開（公告）號: CN104061867A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: 王春慧;田愛玲;王紅軍;朱學亮;劉丙才
• 申請（專利權）人: 西安工業大學
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務所有限公司 61114
• 代理人: 黃秦芳

技術領域

本發明屬于光學檢測技術領域，具體涉及一種光譜共焦式透鏡中心厚度測量方法及裝置。

背景技術

光學透鏡是由玻璃或聚合材料制成的，高質量的光學透鏡有著嚴格的公差限制。在光學領域中，中心厚度是透鏡的一個基本參數，其中透鏡中心厚度會直接影響透鏡的焦距、曲率半徑、理論像差等參數，對光學系統的成像質量產生較大的影響，所以必須在加工過程中進行有效的測量。

針對光學透鏡中心厚度的測量，除了對光學元件表面有一定損傷的破壞性測量方法外，光學工程領域的專家學者提出了幾種無損測量的方法，發表的文獻主要包括：2003年《西安工業學院學報》的《透鏡中心厚度測量儀的設計》，該文獻中采用干涉法測量透鏡中心厚度，干涉法本身的精度雖然比較高，但是極易受到外界氣流、振動等環境因素的影響，難以提高精度，而且該方法的結構比較復雜，成本較高。2011年《儀器儀表學報》的《基于共焦法的透鏡厚度測量系統設計》，該文獻采用白光作為共焦光源，利用被測透鏡上下表面反射回來的光譜信息計算透鏡的厚度。白光光源出射的光束經過光學系統后，按波長匯聚在光軸上，形成一個由短波到長波縱向逐漸變化的彩帶，λmin---λmax就是測量范圍。根據共焦法原理，當被測透鏡置于測量范圍內時，從光源發出的探測光經光學系統聚焦到被測透鏡上，如果物體恰好在某波長會聚的焦點上，則該波長的光在透鏡表面發生反射，反射的光通過光學系統會聚到針孔。被測透鏡反射回來的光被光譜儀接收，進行光譜分析再將所得數據傳輸給計算機，通過數據處理最終確定被測透鏡厚度。2012年《儀器儀表學報》的《激光差動共焦透鏡中心厚度測量系統的研制》介紹了一種利用差動共焦技術的高軸向層析特性和軸向響應曲線的絕對零點對被測透鏡的前表面頂點和后表面頂點分別進行精密瞄準定位，然后計算透鏡中心厚度的方法。所謂光學透鏡中心厚度，是指透鏡前后表面定心頂點之間的距離。所謂定心是校準光軸與幾何基準軸不重合的一個過程。因此要準確測量光學透鏡的中心厚度，首先需要對被測透鏡進行有效的定心措施。以上兩種測試系統，方法自身的測量精度均達到1um水平，但是因為這兩種方案在實施過程中都沒有相應的定心措施，透鏡自身的裝夾位置、姿態均會影響中心厚度的測量，因此其測量準確性大打折扣。

2013年《長春理工大學學報》的《透鏡中心厚度測量方法及裝置的研究》介紹了一種配合二維移動平臺機械掃描確認透鏡中心，然后采用光譜共焦方法進行測量的透鏡中心厚度測量方法。該方法考慮了偏心對透鏡中心厚度測量的影響，缺點在于機械掃描耗時長，效率低，定位精度受到位移平臺的驅動電機及導軌精度的制約，而且擴充電控位移平臺增加了測試系統本身的成本。

發明內容

本發明目的是為了解決現有方法和裝置在測量時存在的較大誤差，提供一種光譜共焦式透鏡中心厚度測量方法及裝置。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：一種光譜共焦式透鏡中心厚度的測量方法，包括下述步驟：

（1）根據被測透鏡的口徑，選擇安裝匹配的可調透鏡裝載臺上；將被測透鏡放置于可調透鏡裝載臺上；

（2）打開寬帶光源，寬帶光源發出的光透過第一無色差擴束準直光學透鏡后，形成寬帶平行光束，；寬帶平行光束經第一分光棱鏡后進入色散透鏡組，在空間形成一系列的聚焦點并聚焦于有一定偏心的被測透鏡前后表面的不同準單色光，被反射并二次經過色散透鏡組，出射與入射光等口徑、光軸橫向偏移的平行單色光束對；該光束對經第一分光棱鏡、第二分光棱鏡反射；

（3）將面陣相機中心位置標記為O1，監視電視中心位置標記為O2，經第一分光棱鏡、第二分光棱鏡反射形成兩束反射光后，一部分反射光到達面陣相機；另一部分反射光由第二無色差光學透鏡聚焦，并經針孔濾波后，由光譜探測器接收，并交由信息處理顯示模塊處理；先手動調整可調透鏡裝載臺，觀察監視電視，直至觀察到面陣相機上接收的聚焦光斑對均與O2重合，由于面陣相機中心與監視電視的顯示中心統一，實現被測透鏡的定心，然后通過信息處理顯示模塊處理另一部分反射光進而測量出被測透鏡的中心厚度。

上述的光譜共焦式透鏡中心厚度的測量方法所采用的裝置，包括寬帶光源，包括第一無色差擴束準直光學透鏡、第一分光棱鏡、色散透鏡組、第二分光棱鏡、面陣相機、第二無色差光學透鏡、針孔、光譜探測器、信息處理顯示模塊、監視電視、被測透鏡及可調透鏡裝載臺；