激光共焦透镜轴向间隙测量技术研究

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1、激光共焦透镜轴向间隙测量技术研究沈阳2015年01月中图分类号：TH741UDC分类号：620激光共焦透镜轴向间隙测量技术研究作者姓名沈阳学院名称光电学院指导教师赵维谦教授答辩委员会主席赵跃进教授申请学位工学硕士学科专业仪器科学与技术学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年01月TheresearchoflensesaxialspacemeasurementusingconfocalfocusingtechnologyCandidateName:YangShenSchoolorDepartment:SchoolofO

2、ptoelectronicsFacultyMentor:Prof.WeiqianZhaoChair,ThesisCommittee:Prof.YuejinZhaoDegreeApplied:MasterofScienceMajor:InstrumentScienceandTechnologyDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:January，2015北京理工大学硕士学位论文摘要在深紫外光刻机、高精度显微镜以及卫星相机等光学系统中，性能优异的镜头得到了广

3、泛的应用。透镜之间的轴向间隙是镜头的一个重要参数，在镜头装配过程中任何细小的装配误差都会改变镜头的设计参数，给镜头引入像差，降低它的成像质量。[1]因此实际装配过程需要对透镜间隙进行精确测量和严格控制。研究具有高精度、大工作距离、强抗干扰能力的透镜轴向间隙测量技术，具有重要的学术应用价值。本论文基于激光共焦层析定焦技术，研究了一种非接触高精度透镜轴向间隙测量方法。其基本思想是：首先，对被测透镜的光轴进行精确调整，使其和激光共焦系统光轴严格一致；然后，利用激光共焦技术的轴向层析定焦特性对被测镜组内各表面顶点分别进行精确瞄准定

4、位；利用共焦光强响应曲线的峰值点对应系统物镜聚焦焦点这一特性获取被测透镜各个表面顶点位置；最后，利用光线追迹算法计算镜组内各轴向间隙。本论文的主要研究工作包括：(1)轴向间隙测量原理和方法研究：基于激光共焦层析定焦技术研究轴向间隙测量原理，利用几何光学原理的光线追迹理论推导具透镜轴向间隙计算公式；并深入分析环形光测量技术在透镜轴向间隙测量的作用；(2)仿真系统设计与仿真实验：在ZEMAX中搭建仿真模型，分析环形光瞳对系统波像差的抑制，同时利用该模型进行仿真实验，初步验证透镜轴向间隙计算公式的正确性；(3)完成系统的机械结构

5、设计和控制系统设计，机械结构设计主要内容包括：共焦间隙测量系统主机光机结构设计，直线气浮导轨、五维调整架、电动平移台以及测长干涉仪安装结构设计。控制系统设计内容主要包括：丝杠平移台运动控制、图像采集与显示、同步信号和脉冲触发、测长及环境补偿、测试流程控制；(4)实验验证及误差分析：在实验室搭建透镜轴向间隙测量实验装置，验证测量原理与轴向间隙计算算法，并对该系统中可能存在的误差源进行分析。初步实验结果表明，该系统具有较高的测量精度，透镜间隙测量标准差小于0.5μm。该技术的研究为镜组间隙测量提供了有效的方法，可解决目前镜组装

6、配完成后轴向间隙无法高精度测量的难题。关键词：共焦层析定焦；透镜轴向间隙；光线追迹I北京理工大学硕士学位论文AbstractIntheopticalsystems,suchaslithographyobjectivelens,highprecisionmicroscopeobjectivelens,satellitecamera,andsoon,highperformancelensiswidelyused.Theaxialspacebetweenlensesisanimportantparameterofthelens.

7、Itneedstobecontrolledstrictly,whiletheeachaxialspacedeviationwillresultinaberrations,Reducethelensimagingquality.Therefore,toresearchoflensesaxialspacemeasurementtechnology,whichhashighaccuracy,largeworkingdistanceandstronganti-interferenceability,willhaveimportan

8、tacademicandpracticalvalue.Basedonlaserconfocalchromatographyfocusingtechnique,anon-contactandhighprecisionlensesaxialspacemeasurementtechnologyisresear