一种基于光学相位解调的透镜中心厚度测量装置及利用其的测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种透镜中心厚度测量装置及测量方法，属于光学镜片检测领域。
【背景技术】
[0002] 在光学领域中，透镜是光学仪器最主要的零件之一，透镜的三项基本参数是中心 厚度、折射率和曲率半径，其中透镜中心厚度加工的误差是影响光学系统成像的重要因素。 例如在航空、航天等高精度光学系统产品中，对透镜的公差有着严格的要求，透镜的光轴偏 角、径向偏移和轴向间隙需要根据镜头中透镜的中心厚度来进行精密的调整。
[0003] 现有的测量透镜中心厚度的方法有接触式测量和非接触式测量两种。
[0004] 接触式测量中，一般使用卡尺、测微器等量具来测定透镜的中心厚度和镜组的空 气间隔。这种类型的方法一来测量速度缓慢且不够精确，二来易使被测透镜的抛光面或镀 膜面擦伤，致使组装成仪器后，额外增加了系统的杂散光。
[0005] 非接触式测量是近年来快速发展的一种测量技术，具有快速、准确、不损伤等优 点，虽然现在这项技术在透镜中心厚度测量的领域还未完全普及，但是也在不断的发展中。 比如专利CN102435146和专利CN203100685就各提出了 一种基于共焦法测量透镜中心厚度 的装置。上述两种检测装置比较复杂、制作成本高、测量方法繁琐、精度达不到最理想的效 果。因此，需要一种新的技术方案来解决上述技术问题。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种结构简单、制作成本低、测量操作简单的透镜中心厚度 测量装置；本发明还提供一种利用该装置的测量方法。
[0007] 本发明采用的技术方案是： 一种基于光学相位解调的透镜中心厚度测量装置，其包括激光聚焦光源、分光镜I、反 射镜I、反射镜II、分光镜II、功率检测仪和计算机，所述激光聚焦光源、分光镜I和反射镜 I处于同一水平直线上，所述分光镜I位于激光聚焦光源和反射镜I之间，所述反射镜II 位于分光镜I的正下方，所述分光镜II位于反射镜I的正下方，所述反射镜II、分光镜II和 功率检测仪处于同一水平直线上，所述计算机接收功率检测仪的数据。
[0008] 测量方法为：首先测量未加入透镜前的干涉光功率的大小，即接通激光聚焦光源 发射光束，光束通过分光镜I分为两条光路，即测量光路和参考光路；测量光路的光束直接 到达反射镜I，由反射镜I折射至分光镜II ;参考光路的光束由反射镜II折射至分光镜II ; 两条光路的光最终在分光镜II处进行汇聚发生干涉，功率检测仪测出未加透镜前的干涉光 功率的大小；然后测量加入透镜后的干涉光功率的大小，即将待测量的透镜放置在分光镜 I和反射镜I之间，且保证透镜的中心点与激光聚焦光源发射的光束处于同一直线上，接 通激光聚焦光源发射光束，光束通过分光镜I分为两条光路，即测量光路和参考光路；测量 光路的光束插入透镜后到达反射镜I，由反射镜I折射至分光镜II ;参考光路的光束由反 射镜II折射至分光镜II ;两条光路的光最终在分光镜II处进行汇聚发生干涉，功率检测仪 测出加入透镜后的干涉光功率的大小；由于透镜中心厚度和两个干涉光功率的比值具有一 定的函数关系，所以可以通过计算机计算出透镜中心厚度的大小。
[0009] 由于未加入透镜之前的相位差是为零，加入透镜后会存在相位差，故由前后两次 干涉光功率的比值得到相位差，根据光强和功率额正比关系，可以得到相位与功率比值的 函数关系，即
【主权项】
1. 一种基于光学相位解调的透镜中心厚度测量装置，其特征在于，包括激光聚焦光源、 分光镜I、反射镜I、反射镜II、分光镜II、功率检测仪和计算机，所述激光聚焦光源、分光 镜I和反射镜I处于同一水平直线上，所述分光镜I位于激光聚焦光源和反射镜I之间， 所述反射镜II位于分光镜I的正下方，所述分光镜II位于反射镜I的正下方，所述反射镜 II、分光镜II和功率检测仪处于同一水平直线上，所述计算机接收功率检测仪的数据。
2. 根据权利要求1所述一种基于光学相位解调的透镜中心厚度测量装置，其特征在 于，测量方法为：首先测量未加入透镜前的干涉光功率的大小，即接通激光聚焦光源发射光 束，光束通过分光镜I分为两条光路，即测量光路和参考光路；测量光路的光束直接到达反 射镜I，由反射镜I折射至分光镜II;参考光路的光束由反射镜II折射至分光镜II;两条 光路的光最终在分光镜II处进行汇聚发生干涉，功率检测仪测出未加透镜前的干涉光功率 的大小；然后测量加入透镜后的干涉光功率的大小，即将待测量的透镜放置在分光镜I和 反射镜I之间，且保证透镜的中心点与激光聚焦光源发射的光束处于同一直线上，接通激 光聚焦光源发射光束，光束通过分光镜I分为两条光路，即测量光路和参考光路；测量光路 的光束插入透镜后到达反射镜I，由反射镜I折射至分光镜II;参考光路的光束由反射镜 II折射至分光镜II;两条光路的光最终在分光镜II处进行汇聚发生干涉，功率检测仪测出 加入透镜后的干涉光功率的大小；由于透镜中心厚度和两个干涉光功率的比值具有一定的 函数关系，所以可以通过计算机计算出透镜中心厚度的大小。
3. 根据权利要求2所述一种基于光学相位解调的透镜中心厚度测量方法，其特征在 于，所述函数关系的计算公式为：
为加入透镜后的干涉光强、为未加入透镜 前的干涉光强，PfjSIt为加入透镜后的干涉光功率值、为未加入透镜前的干涉光功率 值。
【专利摘要】本发明公开了一种基于光学相位解调的透镜中心厚度测量装置及测量方法，其特征在于，包括激光聚焦光源、分光镜Ⅰ、反射镜Ⅰ、反射镜Ⅱ、分光镜Ⅱ、功率检测仪和计算机，所述激光聚焦光源、分光镜Ⅰ和反射镜Ⅰ处于同一水平直线上，所述分光镜Ⅰ位于激光聚焦光源和反射镜Ⅰ之间，所述反射镜Ⅱ位于分光镜Ⅰ的正下方，所述分光镜Ⅱ位于反射镜Ⅰ的正下方，所述反射镜Ⅱ、分光镜Ⅱ和功率检测仪处于同一水平直线上，所述计算机接收功率检测仪的数据。本发明的优点是：本装置结构简单、成本低、性能可靠，实现非接触检测，提高了检测速度和精度。
【IPC分类】G01B11-06
【公开号】CN104613882
【申请号】CN201510072023
【发明人】孙玉娟, 吴迪富, 姚红兵, 李丽淋, 单国云, 吴广剑
【申请人】江苏宇迪光学股份有限公司
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年2月12日