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横向相减差动共焦透镜中心厚度测量方法

阅读:2发布:2021-12-31

专利汇可以提供横向相减差动共焦透镜中心厚度测量方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开的横向相减差动共焦透镜中心厚度测量方法,属于光学精密测量技术领域。本发明在共焦测量系统中,首先在CCD探测的 艾 丽斑图像上通过 软件 设置大、小虚拟针孔探测区域并将其探测的两条共焦特性曲线通过相减处理来锐化共焦特性曲线,其次将锐化共焦特性曲线进行差动相减处理来得到轴向高灵敏的差动共焦特性曲线,然后利用该差动共焦特性曲线零点与差动共焦测量系统焦点精确对应的特性对被测透镜中心厚度测量 顶点 位置 进行高 精度 定焦寻位,最后通过光线追迹补偿精确得到透镜的中心厚度,实现透镜中心厚度的高精度测量。本发明具有测量精度高、抗环境干扰能 力 强和结构简单等优势,在光学精密测量技术领域具有广泛的应用前景。,下面是横向相减差动共焦透镜中心厚度测量方法专利的具体信息内容。

1.横向相减差动共焦透镜中心厚度测量方法,其特征在于:包括以下步骤,a)打开点光源(1),点光源(1)发出的光经分束镜(2)、准直透镜(3)和测量物镜(4)后形成聚焦测量光束(5)照射在被测透镜(6)上;
b)调整被测透镜(6)使其与测量物镜(4)和准直透镜(3)共光轴,使准直透镜(3)出射的平行光束经测量物镜(4)汇聚成聚焦测量光束(5)聚焦在被测透镜(6)顶点A上,被测透镜(6)顶点反射的聚焦测量光束(5)再经测量物镜(4)和准直透镜(3)后被分束镜(2)反射进入到横向相减差动共焦探测系统(7),形成的焦前测量里斑(13)被焦前CCD探测器(10)探测;
c)沿光轴方向移动测量物镜(4)使聚焦测量光束(5)的焦点与被测透镜(6)的顶点A位置重合;在该透镜顶点A位置附近相对轴向扫描测量物镜(4),将横向相减差动共焦探测系统(7)中焦前大虚拟针孔探测域(14)和焦前小虚拟针孔探测域(15)分别探测的焦前大虚拟针孔探测共焦特性曲线(19)IB1(z,-uM)和焦前小虚拟针孔探测共焦特性曲线(20)IS1(z,-uM)进行相减处理得到半高宽压缩的焦前横向相减锐化共焦特性曲线(21)I1(z,-uM)=IS1(z,-uM)-γIB1(z,-uM),将横向相减差动共焦探测系统(7)中焦后大虚拟针孔探测域(17)和焦后小虚拟针孔探测域(18)分别探测的焦后大虚拟针孔探测共焦特性曲线(22)IB2(z,+uM)和焦后小虚拟针孔探测共焦特性曲线(23)IS2(z,+uM)进行相减处理得到半高宽压缩的焦后横向相减锐化共焦特性曲线(24)I2(z,+uM)=IS2(z,+uM)-γIB2(z,+uM),其中z为轴向坐标,γ为调节因子,uM为焦前CCD探测器(9)偏离焦前显微物镜(8)焦平面距离M的归一化距离,也是焦后CCD探测器(11)偏离焦后显微物镜(10)焦平面距离M的归一化距离;将焦后横向相减锐化共焦特性曲线(24)I2(z,+uM)和焦前横向相减锐化共焦特性曲线(21)I1(z,-uM)进行差动相减即得到轴向高灵敏的横向相减差动共焦特性曲线一(25)ID(z):
ID(z)=I2(z,+uM)-I1(z,-uM)  (1)
通过横向相减差动共焦特性曲线一(25)ID(z)的拟合直线零点(28)确定被测透镜(6)的前表面顶点A,进而精确确定被测透镜(6)的前表面顶点A的位置Z1;
d)继续沿光轴方向移动测量物镜(4),使聚焦测量光束(5)的焦点与被测透镜(6)的后表面透镜顶点B重合;在所述透镜顶点B位置附近轴向扫描测量物镜(4),此时聚焦测量光束(5)被被测透镜(6)后表面透镜顶点B原路反射进入横向相减差动共焦探测系统(7)被探测;
在该位置附近扫描测量物镜(4),由横向相减差动共焦探测系统(7)测得横向相减差动共焦特性曲线二(26),主控计算机(30)通过差动共焦线性拟合直线(27)的拟合直线零点(28)来精确确定被测透镜(6)的透镜顶点B,记录此时聚焦测量光束(5)的焦点位置Z2;
e)根据建立的光线追迹及其补偿模型,得到透镜中心厚度d的计算公式如下:
代入已知参数:测量光束的数值孔径α0、被测透镜的前表面曲率半径r1、空气折射率n0、被测透镜折射率n和两次定焦位置之间的距离l=|Z2-Z1|,则得出被测透镜(6)的中心厚度d。
2.根据权利要求1所述的横向相减差动共焦透镜中心厚度测量方法,其特征在于:将激光差动共焦技术与光线追迹技术有机融合,建立光线追迹及其补偿模型,消除各层析定焦表面参数间的相互影响,进而得出透镜中心厚度的计算公式,如公式(2)所示,rN为第N个表面SN的曲率半径,nN为第N个表面SN与第N+1个表面SN+1之间的材料折射率,dN-1为第N-1个表面SN-1与第N个表面SN之间的轴向间隙,lN′为SN顶点到SN出射线与光轴交点的距离,uN′为SN出射光线与光轴的夹角,
根据以上公式推导得出透镜中心厚度计算的公式(1),进一步实现透镜中心厚度精确测量。
3.根据权利要求1所述的横向相减差动共焦透镜中心厚度测量方法,其特征在于:在光路中增加环形光瞳(37)对测量光束进行调制,形成环形光束,降低测量元件参数时波相差对测量光束的影响,减少测量误差。

说明书全文

横向相减差动共焦透镜中心厚度测量方法

技术领域

[0001] 本发明涉及横向相减差动共焦透镜中心厚度测量方法,尤其涉及用于透镜中心厚度的非接触式高精度测量方法,属于光学精密测量技术领域。

背景技术

[0002] 在光学领域中,透镜中心厚度的测量具有重要意义。透镜中心厚度是光学系统中的一个重要参数,其加工质量的好坏会对光学系统的成像质量产生较大影响。特别是对于光刻机物镜、航天相机等高性能光学系统中的透镜,需要根据镜头中透镜的曲率半径、折射率和中心厚度对透镜的轴向间隙、径向偏移和光轴偏进行精密的调整。以光刻机物镜为例,每个单透镜中心厚度的偏差都会造成光刻物镜的像差,影响物镜的成像质量。目前应用较为广泛的“数码镜头”和“CCD扫描镜头”,其透镜中心厚度的精度一般为几微米,也需要有高精度的仪器来测量和检验,因此透镜中心厚度是光学零件必检和严格控制的项目之一。
[0003] 目前,透镜中心厚度测量技术可分为接触式测量和非接触式测量两种。
[0004] 接触式测量,一般是用手持千分表或千分尺测量。测量时,透镜中心点位置的准确性将直接影响测量精度,因此检验员在测量时要来回移动被测透镜,寻找最高点(凸镜)或最低点(凹镜),因而测量速度慢,误差大,而且目前使用的高透过光学材料,材质较软,测量时测头在透镜表面移动,容易划伤透镜表面。
[0005] 针对接触式测量存在的问题,国内学者也进行了相关研究。在1999年《实用测试技术》中发表的《光栅数显式透镜中心厚度测量仪》一文中,作者设计了一种利用光栅传感器作为精密长度测量器件构成的透镜中心厚度测量仪,根据不同类型的光学透镜及测量精度要求,可采用不同形式的测头及测量座组合进行测量,将测量精度提高到1μm。中国专利“测量光学透镜中心厚度的装置”(专利号:200620125116.9),采用了在测量立柱上部放置被测透镜冶具的方法,避免了寻找透镜表面顶点时测头在透镜表面来回移动对透镜所造成的损伤。
[0006] 非接触式测量常用图像测量法、共面电容法、白光共焦法和干涉法
[0007] 2005年《传感器技术》上发表的《基于图像测量技术的装配间隙在线测量研究》一文中,介绍了一种基于图像测量技术的在线测量方案,将间隙通过光学系统在CCD摄像机中成的像送交图像测量软件处理和分析,由测量软件给出结果。这种方法也可以应用于透镜中心厚度的测量,但由于受摄像机成像系统、CCD分辨、图像清晰程度和标定系数精确度等的影响,测量误差在15μm以内。
[0008] 在1994年《仪器仪表学报》上发表的《光学透镜中心厚度自动检测仪》一文中,利用共面电容法测量透镜中心厚度。其采用的是相对测量的方法,即首先根据要求把电容测头与基准面调整到某一固定距离;然后将被测透镜放在基准面上,被测透镜与测头之间存在空气间隙,不同的透镜中心厚度对应不同的空气间隙和不同的测头电容;最后通过电路测量出相应于电容而变化的电压信号,就可以找出被测透镜中心厚度的相对变化,此方法的分选精度小于5μm。但这种方法测量前需要已知被测透镜材料的信号电压与空气间隙的关系曲线,在工程实际中,必须对共面电容测头进行精确测试,以取得可靠数据作为检测依据。
[0009] 2005年在《GLASS SCIENCEAND TECHNOLOGY》上发表的《Noncontact measureme of central lens thickness》一文中,采用白光共焦法测量透镜中心厚度。这种方法首先利用白光通过透镜后轴向色差形成的探针对被测透镜表面顶点进行定位,然后通过被测透镜上下表面顶点反射的光谱信息计算透镜的厚度。此方法的特点在于能够实现实时测量,但白光是非相干光,定焦灵敏度和分辨力较低,工作距离有限(30μm-25mm)。特别是很难准确已知被测透镜在不同波长处的折射率,一般都是通过测定特定波长处的折射率后插值所得,此项参数对测量结果的影响较大,所以这种方法在实际应用中很难实现高精度测量。
[0010] 中国专利“光学元件厚度的光学测量仪器”(专利号:87200715),利用双干涉系统对透镜中心厚度进行非接触测量。该仪器由两个迈克尔逊干涉系统组成,根据白光干涉条纹对被测透镜的两个表面进行定位,并将被测透镜与标准比较以求得被测透镜的中心厚度。可对胶合透镜、可见光不透明的光学元件、未知材料的光学元件等实现非接触测量。但这种仪器的结构比较复杂,测量过程中需要更换元件,其测量精度不仅取决于多个表面的定位精度,还依赖于标准块已知厚度的精度,同时为了提高测量精度,需要选取与被测透镜中心厚度相近的标准块。
[0011] 中国专利“一种微小光学间隔的测量装置”(专利号:93238743.8),采用偏振光干涉法测量样品厚度。入射白光在样品上下表面反射形成的两波阵面经起偏镜、双折射棱镜、检偏镜后在光电检测器阵列上形成干涉条纹,由干涉条纹间距即可得样品厚度。同时在检偏镜与光电检测器阵列之间加入一柱透镜使干涉图样沿条纹间距方向得到放大,降低了对光电检测器阵列的要求,测量精度为1-5%,但这种方法目前只用于测量玻璃平板的厚度。
[0012] 本发明人曾于2010年申请中国专利“差动共焦透镜中心测量方法与装置”(专利号:201010000555.8),通过差动共焦原理精确定焦透镜的前后表面顶点位置,实现了透镜中心厚度的非接触高精度测量。但是必须使用两路探测器,并且这两路探测器的位置需保证离焦量相等,系统结构、装调过程比较复杂,装调不准所引入的误差可能较大;更换被测镜后,两探测器的离焦量可能需要重新调整。
[0013] 为了进一步提高透镜中心厚度的测量精度,本发明提出了一种横向相减差动共焦透镜中心厚度测量方法,该方法在共焦测量系统中,首先在CCD探测的丽斑图像上通过软件设置大、小虚拟针孔探测区域并将其探测的两条共焦特性曲线通过相减处理来锐化共焦特性曲线,其次将锐化共焦特性曲线进行差动相减处理来得到轴向高灵敏的差动共焦特性曲线,然后利用该横向相减差动共焦特性曲线零点与测量系统焦点精确对应这一特性,对被测透镜中心厚度测量顶点位置进行高精度定焦寻位,最后通过光线追迹补偿计算来精确得到透镜的中心厚度,实现透镜中心厚度的高精度测量。

发明内容

[0014] 为了解决透镜中心厚度高精度测量难题,本发明公开的横向相减差动共焦透镜中心厚度测量方法的目的是:在差动共焦测量系统中,通过大、小虚拟针孔横向相减探测来锐化离焦探测光路系统的共焦特性曲线,通过双光路探测焦前和焦后锐化共焦特性曲线的差动相减处理来实现被测球面的差动共焦双极性定焦测量,通过差动共焦定焦曲线的线性拟合来提升焦点位置捕获精度,进而提高透镜中心厚度测量中透镜顶点位置的定焦精度,以期实现透镜中心厚度的高精度测量。
[0015] 本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
[0016] 本发明公开的横向相减差动共焦透镜中心厚度测量方法,在共焦测量系统中,首先在CCD探测的艾丽斑图像上通过软件设置大、小虚拟针孔探测区域并将其探测的两条共焦特性曲线通过相减处理来锐化共焦特性曲线,其次将锐化共焦特性曲线进行差动相减处理来得到轴向高灵敏的差动共焦特性曲线,然后利用该横向相减差动共焦特性曲线零点与测量系统焦点精确对应的特性,对被测透镜中心厚度测量顶点位置进行高精度定焦寻位,最后通过光线追迹补偿精确得到透镜的中心厚度,实现透镜中心厚度的高精度测量。
[0017] 本发明公开的横向相减差动共焦透镜中心厚度测量方法,包括以下步骤:
[0018] a)打开点光源,点光源发出的光经分束镜、准直透镜和测量物镜后形成测量光束照射在被测透镜上;
[0019] b)调整被测透镜使其与测量物镜和准直透镜共光轴,使准直透镜出射的平行光束经测量物镜汇聚成聚焦测量光束聚焦在被测透镜顶点A上,被测透镜顶点反射的聚焦测量光束(5)再经测量物镜和准直透镜后被分束镜反射进入到横向相减差动共焦探测系统,形成的焦前测量艾里斑被焦前CCD探测器探测;
[0020] c)沿光轴方向移动测量物镜使聚焦测量光束的焦点与被测透镜的顶点A位置重合;在所述透镜顶点A位置附近相对轴向扫描测量物镜,将横向相减差动共焦探测系统中焦前大虚拟针孔探测域和焦前小虚拟针孔探测域分别探测的焦前大虚拟针孔探测共焦特性曲线IB1(z,-uM)和焦前小虚拟针孔探测共焦特性曲线IS1(z,-uM)进行相减处理得到半高宽压缩的焦前横向相减锐化共焦特性曲线I1(z,-uM)=IS1(z,-uM)-γIB1(z,-uM),将横向相减差动共焦探测系统中焦后大虚拟针孔探测域和焦后小虚拟针孔探测域分别探测的焦后大虚拟针孔探测共焦特性曲线IB2(z,+uM)和焦后小虚拟针孔探测共焦特性曲线IS2(z,+uM)进行相减处理得到半高宽压缩的焦后横向相减锐化共焦特性曲线I2(z,+uM)=IS2(z,+uM)-γIB2(z,+uM),其中z为轴向坐标,γ为调节因子,uM为焦前CCD探测器偏离焦前显微物镜焦平面距离M的归一化距离,也是焦后CCD探测器偏离焦后显微物镜焦平面距离M的归一化距离;将焦后横向相减锐化共焦特性曲线I2(z,+uM)和焦前横向相减锐化共焦特性曲线I1(z,-uM)进行差动相减即可得到轴向高灵敏的横向相减差动共焦特性曲线ID(z):
[0021] ID(z)=I2(z,+uM)-I1(z,-uM)  (1)
[0022] 通过横向相减差动共焦特性曲线ID(z)的拟合直线零点(28)来确定被测透镜(6)的前表面顶点A,进而精确确定被测透镜(6)的前表面顶点A的位置Z1;
[0023] d)继续沿光轴方向移动测量物镜(4),使聚焦测量光束(5)的焦点与被测透镜(6)的后表面顶点B重合;在所述透镜顶点B位置附近轴向扫描测量物镜(4),此时聚焦测量光束(5)被被测透镜(6)后表面顶点位置B原路反射进入横向相减差动共焦探测系统(7)被探测;在该位置附近扫描测量物镜(4),由横向相减差动共焦探测系统(7)测得离散横向相减差动共焦特性曲线(26),主控计算机(30)通过差动共焦线性拟合直线(27)的拟合直线零点(28)精确确定被测透镜(6)的焦点位置B,记录此时聚焦测量光束(5)的焦点位置Z2;
[0024] e)根据建立的光线追迹及其补偿模型,得到透镜中心厚度d的计算公式如下:
[0025]
[0026] 代入已知参数:测量光束的数值孔径角α1、被测透镜的前表面曲率半径r1、空气折射率nair、被测透镜中心厚度t和两次定焦位置之间的距离d1=|Z2-Z1|,即得出被测透镜的折射率n。
[0027] 本发明所述的横向相减差动共焦透镜中心厚度测量方法,将激光差动共焦技术与光线追迹技术有机融合,建立光线追迹及其补偿模型,消除各层析定焦表面参数间的相互影响,进而得出透镜中心厚度的计算公式。如公式(2)所示,rN为第N个表面SN的曲率半径,nN为第N个表面SN与第N+1个表面SN+1之间的材料折射率,dN-1为第N-1个表面SN-1与第N个表面SN之间的轴向间隙,lN′为SN顶点到SN出射线与光轴交点的距离,uN′为SN出射光线与光轴的夹角。
[0028]
[0029] 根据以上公式可推导得出透镜中心厚度计算的公式(1),进一步实现透镜中心厚度精确测量。
[0030] 本发明所述的横向相减差动共焦透镜中心厚度测量方法,在光路中增加环形光瞳对测量光束进行调制,形成环形光束,降低测量元件参数时波相差对测量光束的影响,减少测量误差。
[0031] 有益效果:
[0032] 1)本发明公开的横向相减差动共焦透镜中心厚度测量方法,利用大、小虚拟针孔探测横向相减锐化共焦特性曲线,利用锐化共焦响应特性曲线的差动相减处理实现被测表面的差动共焦双极性定焦测量,进而显著提高差动共焦定焦曲线的定焦灵敏度和信噪比,使透镜中心厚度测量中被测透镜前后表面顶点位置的定焦精度显著提高,能够显著提升透镜中心厚度测量精度。
[0033] 2)相比于差动共焦测量系统,本发明公开的横向相减差动共焦透镜中心厚度测量方法,在未增加硬件成本的情况下提高测量精度。
[0034] 3)本发明公开的横向相减差动共焦透镜中心厚度测量方法,通过大小虚拟光斑探测区横向相减处理探测,有效消除共模噪声,提升测量系统的抗环境干扰能力。
[0035] 4)本发明公开的横向相减差动共焦透镜中心厚度测量方法,在光路中引入环形光瞳,遮挡近轴光线,形成空心的测量光锥,削减像差的对测量结果的影响。
[0036] 5)相比于经典的高精度干涉透镜中心厚度测量方法,本发明公开的横向相减差动共焦透镜中心厚度测量方法,由于采用非干涉的艾里斑中心强度“点探测”方式,能够克服现有干涉定焦法对系统像差、环境振动、气流干扰和样品表面粗糙度极度灵敏的不足,大幅提高抗系统像差、环境干扰和表面散射的能力,显著提高透镜中心厚度测量精度。附图说明
[0037] 图1为本发明横向相减差动共焦透镜中心厚度测量方法示意图
[0038] 图2为本发明大小虚拟针孔共焦特性曲线横向相减锐化示意图
[0039] 图3为本发明锐化共焦特性曲线双边错位差动相减示意图
[0040] 图4为本发明横向相减差动共焦曲线线性拟合触发定焦示意图
[0041] 图5为本发明建立的光线追迹及其补偿模型示意图;
[0042] 图6为本发明实施例横向相减差动共焦透镜中心厚度测量方法示意图;
[0043] 图7为本发明实施例横向相减差动共焦透镜中心厚度测量结果图。
[0044] 其中:1-点光源、2-分束镜、3-准直透镜、4-测量物镜、5-测量光束、6-被测透镜、7-横向相减差动共焦探测系统、8-分光镜、9-焦前显微物镜、10-焦前CCD探测器、11-焦后显微物镜、12-焦后CCD探测器、13-焦前测量艾里斑、14-焦前大虚拟针孔探测域、15-焦前小虚拟针孔探测域、16-焦后测量艾里斑、17-焦后大虚拟针孔探测域、18-焦后小虚拟针孔探测域、19-焦前大虚拟针孔探测共焦特性曲线、20-焦前小虚拟针孔探测共焦特性曲线、21-焦前横向相减锐化共焦特性曲线、22-焦后大虚拟针孔探测共焦特性曲线、23-焦后小虚拟针孔探测共焦特性曲线、24-焦后横向相减锐化共焦特性曲线、25-横向相减差动共焦特性曲线一、
26-横向相减差动共焦特性曲线二、27-差动共焦线性拟合直线、28-拟合直线零点、29-图像采集系统、30-主控计算机、31-多路电机驱动系统、32-轴向测量运动系统、33-五维调整系统、34-激光器、35-显微物镜、36-针孔、37-环形光瞳。

具体实施方式

[0045] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0046] 本发明使用横向相减差动共焦透镜中心厚度测量方法来实现透镜中心厚度的高精度测量,核心思想:在差动共焦测量系统中,通过大、小虚拟针孔横向相减探测来锐化共焦特性曲线,通过锐化共焦响应特性曲线的差动相减处理探测来实现透镜中心厚度测量中透镜顶点位置的定焦精度,进而达到提透镜中心厚度测量高精度的目的。
[0047] 实施例:
[0048] 如附图1~图6所示,本实施例公开的横向相减差动共焦透镜中心厚度测量方法,具体测量步骤如下:
[0049] a)启动主控计算机30的测量软件,打开激光器34,激光器34发出的光经过显微物镜29和针孔36后形成点光源1。点光源1发出的光经分束镜2、准直透镜3和测量物镜4后形成聚焦测量光束5照射在被测透镜6上。
[0050] b)调整被测透镜6使其与测量物镜4和准直透镜3共光轴,使准直透镜3出射的平行光束经测量物镜4汇聚成聚焦测量光束5聚焦在被测透镜6顶点A上,被测透镜6顶点反射的聚焦测量光束5再经测量物镜4和准直透镜3后被分束镜2反射进入到横向相减差动共焦探测系统7,主控计算机30中的测量软件,通过图像采集系统23获得由焦前CCD探测器10采集到的焦前测量艾里斑13。
[0051] c)沿光轴方向移动被测透镜6使聚焦测量光束5的焦点与被测透镜6的顶点A位置重合;在该透镜顶点A位置附近相对轴向扫描测量物镜4,将横向相减差动共焦探测系统7中焦前大虚拟针孔探测域14和焦前小虚拟针孔探测域15分别探测的焦前大虚拟针孔探测共焦特性曲线19IB1(z,-uM)和焦前小虚拟针孔探测共焦特性曲线20IS1(z,-uM)进行相减处理得到半高宽压缩的焦前横向相减锐化共焦特性曲线21I1(z,-uM)=IS1(z,-uM)-γIB1(z,-uM),其中z为轴向坐标,γ为调节因子;
[0052] 基于大/小虚拟针孔探测域探测共焦特性曲线的方法为:在焦前CCD探测器10探测焦前测量艾里斑13的每图像上选取一个预设大小的同心圆域,对大圆域内的每个像素光强进行积分得到一条共焦强度响应曲线IB(z),对小圆域内的每个像素光强积分得到一条共焦强度响应曲线IS(z),然后将IB(z)和IS(z)进行相减处理得到横向相减共焦响应曲线I(z,uM)=IS(z,uM)-γIB(z,uM),改变调节因子γ实现共焦特性曲线的优化。
[0053] 本实施例中大圆域直径选取11个像素,小圆域直径选取5个像素,取γ=0.5,uM=2.98。
[0054] d)主控计算机30的测量软件将横向相减差动共焦探测系统7中焦后大虚拟针孔探测域17和焦后小虚拟针孔探测域18分别探测的焦后大虚拟针孔探测共焦特性曲线22IB2(z,+uM)和焦后小虚拟针孔探测共焦特性曲线23IS2(z,+uM)进行相减处理得到半高宽压缩的焦后横向相减锐化共焦特性曲线24I2(z,+uM)=IS2(z,+uM)-γIB2(z,+uM);
[0055] e)将焦后横向相减锐化共焦特性曲线21I2(z,+uM)和焦前横向相减锐化共焦特性曲线24I1(z,-uM)利用公式(1)进行差动相减即可得到轴向高灵敏的横向相减差动共焦特性曲线一25ID(z)ID(z)=I2(z,+uM)-I1(z,-uM)。
[0056] f)主控计算机30的测量软件对通过离散横向相减差动共焦特性曲线一25ID(z)的拟合直线零点28确定被测透镜6的前表面顶点A,进而精确确定被测透镜6的前表面顶点A的位置Z1,记录此时被测透镜6的透镜顶点位置Z1=0.0018mm。
[0057] g)主控计算机30通过多路电机驱动系统31和轴向测量运动系统32控制五维调整系统33继续沿测量物镜4的光轴方向相向移动测量物镜4,使聚焦测量光束(5)的焦点与被测透镜6的后表面顶点B重合;在该透镜顶点B位置附近轴向扫描测量物镜4,此时聚焦测量光束5被被测透镜6后表面顶点位置B原路反射进入横向相减差动共焦探测系统7被探测。在该位置附近扫描测量物镜4,由横向相减差动共焦探测系统7测得离散横向相减差动共焦特性曲线二26,主控计算机30通过差动共焦线性拟合直线27的拟合直线零点28精确确定被测透镜6的焦点位置B,记录此时被测透镜6后表面顶点位置B的Z2=-2.6745mm,光路对被测镜6前后表面定焦结果如图7所示。
[0058] h)主控计算机30根据建立的光线追迹及其补偿模型公式(2),得到透镜中心厚度d的计算公式如下:
[0059]
[0060] 代入已知参数:测量光束的数值孔径角α0、被测透镜的前表面曲率半径r1、空气折射率n0、被测透镜折射率n和两次定焦位置之间的距离l=|Z2-Z1|,则得出被测透镜6的中心厚度d=4.0068mm。
[0061] 以上结合附图对本发明的具体实施方式作了说明,但这些说明不能被理解为限制了本发明的范围,本发明的保护范围由随附的权利要求书限定,任何在本发明权利要求基础上的改动都属于本发明的保护范围。
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