激光差动共焦透镜中心厚度测量系统的研制

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1、第33卷第3期仪器仪表学报Vol.33No.32012年3月ChineseJournalofScientificInstrumentMar．2012*激光差动共焦透镜中心厚度测量系统的研制史立波，邱丽荣，王允，赵维谦(北京理工大学光电学院光学测量实验室北京100081)摘要:基于高精度光学共焦定位技术研制了一种全新的非接触透镜中心厚度测量系统，该系统利用差动共焦技术的高轴向层析特性和轴向响应曲线的绝对零点对被测透镜的前表面顶点和后表面顶点分别进行精密瞄准定位;同时，利用激光干涉仪获得透镜前、后表面顶点的位置坐标;然后通过光线追迹算法计算透镜中心厚度，

2、进而实现了透镜中心厚度的高精度非接触测量。实验结果表明，该系统测量精度高，测量标准差小于1μm，满足透镜中心厚度测量的精度要求。关键词:差动共焦;透镜中心厚度;非接触测量中图分类号:TH741文献标识码:A国家标准学科分类代码:140．30DevelopmentoflenscentralthicknessmeasurementsystemusinglaserdifferentialconfocalmicroscopyShiLibo，QiuLirong，WangYun，ZhaoWeiqian(OpticalMeasurementLaboratory，S

3、choolofOptoelectronics，BeijingInstituteofTechnology，Beijing100081，China)Abstract:Anewnon-contactlenscentralthicknessmeasurementsystemisdevelopedbasedonhighprecisionopticalconfocalpositioningtechnique．Thedevelopedsystemusesthehighaxialchromatographypropertyofdifferentialcon-foca

4、lmicroscopyandtheabsolutezerooftheaxialresponsecurvetopreciselyidentifythevertexesofthelensfrontandbacksurfaces，usesalaserinterferometerinstrumenttorecordthepositioncoordinatesofthevertexes，andthenusestheraytracingalgorithmtocalculatethecentralthicknessofthelens;thusthehighprec

5、isionandnon-contactmeasurementofthelenscentralthicknessisachieved．Experimentresultsindicatethatthesystemhashighmeasure-mentaccuracy;andthestandarddeviationofthemeasurementislessthan1μm，whichmeetstherequirementsofmeasurementaccuracyinlensthicknessmeasurement．Keywords:differentia

6、lconfocal;lenscentralthickness;non-contactmeasurement和检验。1引言目前，透镜中心厚度测量技术可分为接触式和非接［1-2］触式2类。接触式测量有2个致命的缺点:一是容易在光学领域中，曲率半径、折射率和中心厚度是透镜划伤透镜，破坏表面光洁度;一是测头与透镜频繁接触，的3个基本参数，其中透镜中心厚度加工的误差会对光会因磨损而影响测量精度。非接触式测量有共面电容［3］学系统的成像质量产生较大的影响。例如，在光刻机物法、图像法、干涉法和共焦法等。共面电容法测量前需镜、航天相机等高性能光学系统中，对透镜有着严

7、格的公要根据被测透镜的材料对共面电容测头进行精确测试，差限制，需要根据镜头中每个透镜的中心厚度对透镜的以取得可靠的数据作为检测依据，测量过程复杂。图像［4-5］轴向间隙、径向偏移和光轴偏角进行精密地调整。而其法由于受摄像机成像系统、CCD分辨力、图像清晰程加工是否满足公差要求，需要有高精度的仪器进行测量度和标定系数精确度等的影响，测量误差较大。干涉收稿日期:2011-07ReceivedDate:2011-07*基金项目:国家重大科学仪器设备开发专项(2011YQ040136)、国家自然科学基金仪器专项(60927012)、NSAF联合基金(1107

8、6004)资助684仪器仪表学报第33卷［6-9］法理论上具有更高的测量精度，但实际测量时干涉条I(u，uM