干涉显微镜测量小球面曲率半径

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1、第35卷，增刊红外与激光工程2006年lO月v01．35Suppl锄％tIn加red锄dLas盯Engin吲jngoct．2006干涉显微镜测量小球面曲率半径陈磊，仇智(南京理工大学电光学院，江苏南京210094)摘要：研究了一种由单幅静态干涉图测量球面曲率半径的方法．针对小曲率半径(R<50mm)的球面，用林尼克干涉显微镜得到被测球面的静态干涉图。基于阻尼最小二乘法，拟合干涉条纹的光强曲线，得到被测小球面面形的多项式表达式：并由此计算出被测件的曲率半径。讨论了算法初值的选取方法，验证了算法精度并分析了

2、误差因素。对比实验表明，本方法的与其他测试方法取得的结果相吻合．关键词：曲率半径；阻尼最小二乘法；干涉显微镜中图分类号：TH741．1文献标志码：A文章编号：1007。2276(2006)增B．0067-05MeasuringsmaUradiusspherebyusinginterf．erometricmicroscopeCHENLei，QIUZhi(schoolofEl∞仃0nicEngine鲥ng孤doptoel∞仃onicTcchnology’Nanjinguniv粥时ofsci饥ce柚dTcch

3、n010肼N砌ing210094，china)Abstract：A皿automaticradiusmeasuringmethodisstudiedbyprocessingasingle行ameofinterf．erogramgenerated行omaLinnikinterf．erometricmicroscope．Basedonthedampedleastsquaremethod，the衔ngeintensit)，isfittedinordertoobtainthepolynomialexpressio

4、nwhichr印resentingtheprofileofmespheretobetested．Theradiusofmetestedspherecanbecalculatedwiththecoefhcients．Thismethodcanbeusedtomeasuresomesphereswithsmallradius(R<50mm)．Theresultsbyourmethodarecomparedwitlltllosebyomermeasurementsandwhichshowsgoodagreem

5、ent．Keywords：Radius；Dampedleastsquaremethod；Inte拍暑rentialmicroscopeO引言透镜是成像光学系统的主要元件，在透镜制造过程中保证曲率半径的数值大小是保证质量的关键。球面曲率半径的测量就其测量方式分，有接触式和非接触式。一般对小曲率半径的测量有球面样板法、球径仪法、自准直显微镜法【l】及干涉显微镜测鼍法【2]。对于大曲率半径测量，有自准直望远镜法、刀口仪法【31、牛顿环法【4J、激光球面干涉仪、法【5】以及莫尔偏折术法p81。近年来，随着光通讯

6、、消费类电子的快速发展，光纤陶瓷插针、微透镜阵列、手机镜头、光学读写头等小型或微型光学球面的需求量日益增加，对此类球面参数的测试就显得尤为重要。口径小于几毫米小球面不易使用球径仪测量。目前常用的测试小球面曲率半径的仪器有小型斐索球面激收稿日期：2006-09．Ol作者简介：陈磊(19“．)，男，江苏南京人。研究员，主要从事光学计量测试与光电智能化仪器方向的研究。红外与激光工程：工程光学系统设计与制造技术第35卷光干涉仪，这类仪器使用光栅尺通过测量被测球面共轭位置与猫眼位置之间的距离，从而直接得出被测曲率

7、半径。这种测量方法的精度除了取决于光栅尺的精度之外，还依赖于干涉仪对上述共轭与猫眼位置的定位精度。对于光纤连接器端面的曲率半径的测量有商品化的数字化干涉显微镜，该类仪器根据移相干涉原理，可自动测量光纤连接器端面的多项参数。包括求面曲率半径。该仪器自动化程度高，但价格昂贵。在牛顿环测量球面曲率半径的基础之上，研究采用阻尼最小二乘法拟合干涉图光强曲线的算法，从而得到被测小球面的曲率半径。并针对具有干扰的实际干涉图像，研究提高测量精度的方法。实验结果表明，该方法是有效可靠的。1千涉原理如图l所示，将标准平面样

8、板放在被测球面上后，在波振准平褥样期长为旯的平行单色光照射下，由于中间空隙而形成等厚干涉4、l1条纹，这种等厚干涉条纹就是所谓牛顿环。干涉图中的光强，＼由下式给出：．以吧吧一—～～。fC，(‘，只)=口(‘，只)+6(薯，乃)cos【认葺，M)】(1)弋{式中：口(一，乃)表示背景光强，6(墨，只)表示调制度，梭测J蓑蕊●，．I卢1，2，⋯∥，Ⅳ是总的光强采样点数，吠t，只)是第f点在图l牛顿环法测量原理图(工，，y，)处参考波面和被测波面