[發(fā)明專利]后置分光瞳激光差動(dòng)共焦焦距測(cè)量方法與裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811342402.4
• 申請(qǐng)日: 2018-11-13
• 公開（公告）號(hào): CN109540474B
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙維謙;楊帥;邱麗榮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M11/02
• 分類號(hào): G01M11/02
• 代理公司: 北京理工正陽知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

1.后置分光瞳激光差動(dòng)共焦焦距測(cè)量方法，其特征在于：具體步驟如下：

步驟一、點(diǎn)光源(1)發(fā)出的光經(jīng)分束鏡(2)、準(zhǔn)直透鏡(4)和被測(cè)透鏡(5)后形成測(cè)量光束照射在平面反射鏡(6)上；由平面反射鏡(1)表面反射，反射回來的光經(jīng)被測(cè)透鏡(5)和準(zhǔn)直透鏡(4)后被分束鏡(2)反射，被后置光瞳遮擋一半后聚焦為測(cè)量光斑，進(jìn)入分光瞳差動(dòng)共焦探測(cè)系統(tǒng)(11)；

步驟二、調(diào)整被測(cè)透鏡(5)，使其與準(zhǔn)直透鏡(4)共光軸，準(zhǔn)直透鏡(4)將點(diǎn)光源(1)產(chǎn)生的光準(zhǔn)直成平行光，平行光照射在被測(cè)透鏡(5)上，由被測(cè)透鏡(5)會(huì)聚形成測(cè)量光束照射在平面反射鏡(6)上，調(diào)整平面反射鏡(6)，使其與準(zhǔn)直透鏡(4)共光軸；

步驟三、沿光軸方向移動(dòng)平面反射鏡(6)，使測(cè)量光束的聚焦點(diǎn)與平面反射鏡(6)表面接近，在該位置附近掃描平面反射鏡(6)，由分光瞳差動(dòng)共焦探測(cè)系統(tǒng)(11)測(cè)得差動(dòng)共焦響應(yīng)曲線(17)，通過差動(dòng)共焦響應(yīng)曲線(17)的絕對(duì)零點(diǎn)來確定測(cè)量光束的焦點(diǎn)與平面反射鏡(6)的表面相重合，進(jìn)而精確確定被測(cè)透鏡(5)的焦點(diǎn)位置，記錄此時(shí)平面反射鏡(6)的位置z₁；

步驟四、繼續(xù)沿光軸方向移動(dòng)平面反射鏡(6)，使測(cè)量光束由平面反射鏡(6)反射后聚焦到被測(cè)透鏡(5)表面附近，在該位置附近掃描平面反射鏡(6)，由分光瞳差動(dòng)共焦探測(cè)系統(tǒng)(11)測(cè)得差動(dòng)共焦響應(yīng)曲線(17)，通過差動(dòng)共焦響應(yīng)曲線(17)的零點(diǎn)來確定測(cè)量光束的焦點(diǎn)與被測(cè)透鏡(5)表面相重合，進(jìn)而精確確定被測(cè)透鏡(5)表面頂點(diǎn)位置，記錄此時(shí)平面反射鏡(6)的位置z₂；

步驟五、根據(jù)上述兩次定焦得到的位置z₁、z₂之間的距離d，即能夠計(jì)算被測(cè)透鏡(1)的頂焦距l(xiāng)_F′＝2d；

步驟六、根據(jù)被測(cè)透鏡(5)前表面曲率半徑r₁、后表面曲率半徑r₂、折射率n和厚度b，能夠間接測(cè)得被測(cè)透鏡的焦距：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的后置分光瞳激光差動(dòng)共焦焦距測(cè)量方法，其特征在于：所述后置光瞳為D形后置光瞳(7)或圓形后置光瞳，實(shí)現(xiàn)后置分光瞳激光差動(dòng)共焦焦距測(cè)量。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的后置分光瞳激光差動(dòng)共焦焦距測(cè)量方法，其特征在于：在光路中增加環(huán)形光瞳(3)對(duì)測(cè)量光束進(jìn)行調(diào)制，形成環(huán)形光束，降低測(cè)量元件參數(shù)時(shí)波相差對(duì)測(cè)量光束的影響，減少測(cè)量誤差。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的后置分光瞳激光差動(dòng)共焦焦距測(cè)量方法，其特征在于：采用差動(dòng)共焦響應(yīng)曲線(17)零點(diǎn)附近的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，通過擬合所得直線的絕對(duì)零點(diǎn)來進(jìn)行快速觸發(fā)定焦，提升測(cè)量精度、測(cè)量速度和抗散射能力。

5.后置分光瞳激光差動(dòng)共焦焦距測(cè)量裝置，包括點(diǎn)光源(1)，其特征在于：包括依次放置在點(diǎn)光源(1)出射光方向的分束鏡(2)、環(huán)形光瞳(3)、準(zhǔn)直透鏡(4)、被測(cè)透鏡(5)、平面反射鏡(6)，位于分束鏡(2)反射方向的后置光瞳、分光瞳差動(dòng)共焦探測(cè)系統(tǒng)(11)，主控計(jì)算機(jī)(24)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(25)、直線導(dǎo)軌(26)和五維調(diào)整架(27)；點(diǎn)光源(1)發(fā)出的測(cè)量光束依次經(jīng)過分束鏡(2)、環(huán)形光瞳(3)、準(zhǔn)直透鏡(4)和被測(cè)透鏡(5)后照射在平面反射鏡(6)；由平面反射鏡(6)反射回來的光通過被測(cè)透鏡(5)、準(zhǔn)直透鏡(4)和環(huán)形光瞳(3)后經(jīng)后置光瞳進(jìn)入分光瞳差動(dòng)共焦探測(cè)系統(tǒng)(11)；主控計(jì)算機(jī)(24)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(25)進(jìn)而控制五維調(diào)整架(27)的移動(dòng)，分光瞳激光差動(dòng)共焦探測(cè)系統(tǒng)(11)將探測(cè)結(jié)果傳輸給主控計(jì)算機(jī)(24)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的后置分光瞳激光差動(dòng)共焦焦距測(cè)量裝置，其特征在于：所述后置光瞳為D形后置光瞳(7)或圓形后置光瞳(30)。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的后置分光瞳激光差動(dòng)共焦焦距測(cè)量裝置，其特征在于：所述分光瞳差動(dòng)共焦探測(cè)系統(tǒng)(11)由第一針孔(8)、第二針孔(9)和二象限探測(cè)器(10)組成；其中第一針孔(8)和第二針孔(9)關(guān)于光軸對(duì)稱；二象限探測(cè)器(10)上的第一探測(cè)象限(13)和第二探測(cè)象限(14)關(guān)于光軸對(duì)稱。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的后置分光瞳激光差動(dòng)共焦焦距測(cè)量裝置，其特征在于：所述分光瞳差動(dòng)共焦探測(cè)系統(tǒng)(11)還可由顯微物鏡(20)和CCD(21)組成；在CCD(21)的探測(cè)器靶面上設(shè)置第一虛擬針孔(28)和第二虛擬針孔(29)，第一虛擬針孔(28)和第二虛擬針孔(29)關(guān)于光軸對(duì)稱。