一種基于光學相位解調的透鏡中心厚度測量裝置及利用其的測量方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種透鏡中心厚度測量裝置及測量方法，屬于光學鏡片檢測領域。
【背景技術】
[0002] 在光學領域中，透鏡是光學儀器最主要的零件之一，透鏡的三項基本參數是中心 厚度、折射率和曲率半徑，其中透鏡中心厚度加工的誤差是影響光學系統成像的重要因素。 例如在航空、航天等高精度光學系統產品中，對透鏡的公差有著嚴格的要求，透鏡的光軸偏 角、徑向偏移和軸向間隙需要根據鏡頭中透鏡的中心厚度來進行精密的調整。
[0003] 現有的測量透鏡中心厚度的方法有接觸式測量和非接觸式測量兩種。
[0004] 接觸式測量中，一般使用卡尺、測微器等量具來測定透鏡的中心厚度和鏡組的空 氣間隔。這種類型的方法一來測量速度緩慢且不夠精確，二來易使被測透鏡的拋光面或鍍 膜面擦傷，致使組裝成儀器后，額外增加了系統的雜散光。
[0005] 非接觸式測量是近年來快速發展的一種測量技術，具有快速、準確、不損傷等優 點，雖然現在這項技術在透鏡中心厚度測量的領域還未完全普及，但是也在不斷的發展中。 比如專利CN102435146和專利CN203100685就各提出了 一種基于共焦法測量透鏡中心厚度 的裝置。上述兩種檢測裝置比較復雜、制作成本高、測量方法繁瑣、精度達不到最理想的效 果。因此，需要一種新的技術方案來解決上述技術問題。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是提供一種結構簡單、制作成本低、測量操作簡單的透鏡中心厚度 測量裝置；本發明還提供一種利用該裝置的測量方法。
[0007] 本發明采用的技術方案是： 一種基于光學相位解調的透鏡中心厚度測量裝置，其包括激光聚焦光源、分光鏡I、反 射鏡I、反射鏡II、分光鏡II、功率檢測儀和計算機，所述激光聚焦光源、分光鏡I和反射鏡 I處于同一水平直線上，所述分光鏡I位于激光聚焦光源和反射鏡I之間，所述反射鏡II 位于分光鏡I的正下方，所述分光鏡II位于反射鏡I的正下方，所述反射鏡II、分光鏡II和 功率檢測儀處于同一水平直線上，所述計算機接收功率檢測儀的數據。
[0008] 測量方法為：首先測量未加入透鏡前的干涉光功率的大小，即接通激光聚焦光源 發射光束，光束通過分光鏡I分為兩條光路，即測量光路和參考光路；測量光路的光束直接 到達反射鏡I，由反射鏡I折射至分光鏡II ;參考光路的光束由反射鏡II折射至分光鏡II ; 兩條光路的光最終在分光鏡II處進行匯聚發生干涉，功率檢測儀測出未加透鏡前的干涉光 功率的大小；然后測量加入透鏡后的干涉光功率的大小，即將待測量的透鏡放置在分光鏡 I和反射鏡I之間，且保證透鏡的中心點與激光聚焦光源發射的光束處于同一直線上，接 通激光聚焦光源發射光束，光束通過分光鏡I分為兩條光路，即測量光路和參考光路；測量 光路的光束插入透鏡后到達反射鏡I，由反射鏡I折射至分光鏡II ;參考光路的光束由反 射鏡II折射至分光鏡II ;兩條光路的光最終在分光鏡II處進行匯聚發生干涉，功率檢測儀 測出加入透鏡后的干涉光功率的大小；由于透鏡中心厚度和兩個干涉光功率的比值具有一 定的函數關系，所以可以通過計算機計算出透鏡中心厚度的大小。
[0009] 由于未加入透鏡之前的相位差是為零，加入透鏡后會存在相位差，故由前后兩次 干涉光功率的比值得到相位差，根據光強和功率額正比關系，可以得到相位與功率比值的 函數關系，即
【主權項】
1. 一種基于光學相位解調的透鏡中心厚度測量裝置，其特征在于，包括激光聚焦光源、 分光鏡I、反射鏡I、反射鏡II、分光鏡II、功率檢測儀和計算機，所述激光聚焦光源、分光 鏡I和反射鏡I處于同一水平直線上，所述分光鏡I位于激光聚焦光源和反射鏡I之間， 所述反射鏡II位于分光鏡I的正下方，所述分光鏡II位于反射鏡I的正下方，所述反射鏡 II、分光鏡II和功率檢測儀處于同一水平直線上，所述計算機接收功率檢測儀的數據。
2. 根據權利要求1所述一種基于光學相位解調的透鏡中心厚度測量裝置，其特征在 于，測量方法為：首先測量未加入透鏡前的干涉光功率的大小，即接通激光聚焦光源發射光 束，光束通過分光鏡I分為兩條光路，即測量光路和參考光路；測量光路的光束直接到達反 射鏡I，由反射鏡I折射至分光鏡II;參考光路的光束由反射鏡II折射至分光鏡II;兩條 光路的光最終在分光鏡II處進行匯聚發生干涉，功率檢測儀測出未加透鏡前的干涉光功率 的大小；然后測量加入透鏡后的干涉光功率的大小，即將待測量的透鏡放置在分光鏡I和 反射鏡I之間，且保證透鏡的中心點與激光聚焦光源發射的光束處于同一直線上，接通激 光聚焦光源發射光束，光束通過分光鏡I分為兩條光路，即測量光路和參考光路；測量光路 的光束插入透鏡后到達反射鏡I，由反射鏡I折射至分光鏡II;參考光路的光束由反射鏡 II折射至分光鏡II;兩條光路的光最終在分光鏡II處進行匯聚發生干涉，功率檢測儀測出 加入透鏡后的干涉光功率的大小；由于透鏡中心厚度和兩個干涉光功率的比值具有一定的 函數關系，所以可以通過計算機計算出透鏡中心厚度的大小。
3. 根據權利要求2所述一種基于光學相位解調的透鏡中心厚度測量方法，其特征在 于，所述函數關系的計算公式為：
為加入透鏡后的干涉光強、為未加入透鏡 前的干涉光強，PfjSIt為加入透鏡后的干涉光功率值、為未加入透鏡前的干涉光功率 值。
【專利摘要】本發明公開了一種基于光學相位解調的透鏡中心厚度測量裝置及測量方法，其特征在于，包括激光聚焦光源、分光鏡Ⅰ、反射鏡Ⅰ、反射鏡Ⅱ、分光鏡Ⅱ、功率檢測儀和計算機，所述激光聚焦光源、分光鏡Ⅰ和反射鏡Ⅰ處于同一水平直線上，所述分光鏡Ⅰ位于激光聚焦光源和反射鏡Ⅰ之間，所述反射鏡Ⅱ位于分光鏡Ⅰ的正下方，所述分光鏡Ⅱ位于反射鏡Ⅰ的正下方，所述反射鏡Ⅱ、分光鏡Ⅱ和功率檢測儀處于同一水平直線上，所述計算機接收功率檢測儀的數據。本發明的優點是：本裝置結構簡單、成本低、性能可靠，實現非接觸檢測，提高了檢測速度和精度。
【IPC分類】G01B11-06
【公開號】CN104613882
【申請號】CN201510072023
【發明人】孫玉娟, 吳迪富, 姚紅兵, 李麗淋, 單國云, 吳廣劍
【申請人】江蘇宇迪光學股份有限公司
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年2月12日