本發(fā)明屬于光學(xué)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及的是一種透鏡中心厚度干涉測(cè)量方法。

背景技術(shù)：
在光學(xué)領(lǐng)域中，透鏡中心厚度的測(cè)量具有重要意義。透鏡中心厚度是光學(xué)元件的一個(gè)重要參數(shù)之一，其加工質(zhì)量的好壞會(huì)對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。目前透鏡中心厚度測(cè)量技術(shù)可分為接觸式測(cè)量和非接觸式測(cè)量。接觸式測(cè)量，通常使用千分表、千分尺、高度計(jì)等量具測(cè)量，測(cè)量時(shí)檢驗(yàn)員需要來回移動(dòng)被測(cè)透鏡，以尋找透鏡中心點(diǎn)的位置，因此測(cè)量速度慢，再加上測(cè)量力及透鏡自身重量等因素影響，極易造成被測(cè)透鏡表面劃痕等缺陷，尤其是大口徑光學(xué)元件。非接觸式測(cè)量，目前主要有共面電容法、圖像測(cè)量法、偏振光干涉法和激光差動(dòng)共焦法。1994年在《儀器儀表學(xué)報(bào)》中發(fā)表的《光學(xué)透鏡中心厚度自動(dòng)檢測(cè)儀》一文中，采用共面電容法測(cè)量透鏡中心厚度，但該方法需要對(duì)共面電容測(cè)頭進(jìn)行精確測(cè)試，已獲得可靠數(shù)據(jù)作為檢測(cè)依據(jù)；2005年在《傳感器技術(shù)》上發(fā)表的《基于圖像測(cè)量技術(shù)的裝配間隙在線測(cè)量研究》文中，介紹了一種基于圖像測(cè)量技術(shù)的在線檢測(cè)方法對(duì)透鏡厚度進(jìn)行測(cè)量，但該法受CCD分辨率、攝像機(jī)成像系統(tǒng)、標(biāo)定系統(tǒng)精度和圖像清晰程度等影響，測(cè)量誤差較大；中國(guó)專利“一種微小光學(xué)間隔的測(cè)量裝置”(專利號(hào)：93238743.8)中，利用偏振光干涉法測(cè)量透鏡厚度，該方法實(shí)測(cè)時(shí)易受測(cè)量環(huán)境影響，目前只用于測(cè)量玻璃平板厚度。中國(guó)專利“差動(dòng)共焦透鏡中心厚度測(cè)量方法與裝置”(公開號(hào)：101793500A)中，利用差動(dòng)共焦光錐對(duì)透鏡表面頂點(diǎn)進(jìn)行定位，可實(shí)現(xiàn)透鏡中心厚度的非接觸高精度測(cè)量。本發(fā)明利用干涉儀出射的平行光束分別會(huì)聚到被測(cè)透鏡前表面及后表面，通過觀察干涉條紋及面形誤差離焦項(xiàng)進(jìn)行定位，并對(duì)測(cè)距干涉儀測(cè)量得到的位置坐標(biāo)進(jìn)行修正，計(jì)算得到被測(cè)透鏡中心厚度。本發(fā)明方法可對(duì)平面透鏡、球面透鏡的中心厚度進(jìn)行測(cè)量，具有操作簡(jiǎn)便、高效、不損傷被測(cè)透鏡表面等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是為了解決透鏡中心厚度的非接觸高精度測(cè)量問題，提出一種透鏡中心厚度干涉測(cè)量方法，本發(fā)明基于光線追跡公式，利用干涉條紋及面形誤差離焦項(xiàng)來確定并修正被測(cè)透鏡前表面與光軸的交點(diǎn)、后表面與光軸交點(diǎn)位置，然后利用被測(cè)透鏡的位置和預(yù)先測(cè)得的被測(cè)透鏡前表面曲率半徑、標(biāo)準(zhǔn)物鏡的焦距及通光口徑，來對(duì)被測(cè)透鏡進(jìn)行光線追跡，繼而實(shí)現(xiàn)被測(cè)透鏡中心厚度的測(cè)量。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：本發(fā)明的一種透鏡中心厚度干涉測(cè)量方法，其具體步驟如下：步驟一、將被測(cè)透鏡安裝在五維調(diào)整架上，再將五維調(diào)整架安裝在導(dǎo)軌上，同時(shí)在五維調(diào)整架與干涉儀之間對(duì)稱安裝兩路測(cè)距干涉儀，調(diào)整測(cè)距干涉儀測(cè)量光束與導(dǎo)軌平行；步驟二、打開干涉儀，產(chǎn)生平行測(cè)量光束；調(diào)整被測(cè)透鏡與標(biāo)準(zhǔn)物鏡同軸，并調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)物鏡與被測(cè)透鏡垂直于平行光束；步驟三、使測(cè)量光束聚焦到被測(cè)透鏡前表面；具體過程為：在步驟一、二操作的基礎(chǔ)上，測(cè)量光束被標(biāo)準(zhǔn)物鏡會(huì)聚，到達(dá)被測(cè)透鏡前表面，經(jīng)過被測(cè)透鏡前表面的反射后，將沿著對(duì)稱光路位置返回，反射光線穿過標(biāo)準(zhǔn)物鏡，與干涉儀中的參考光束形成干涉條紋；在光軸方向上移動(dòng)被測(cè)透鏡，使干涉儀探測(cè)到的面形誤差離焦項(xiàng)近似為零，此時(shí)測(cè)量光束聚焦到被測(cè)透鏡前表面，記錄此時(shí)面形誤差離焦項(xiàng)p1,并通過測(cè)距干涉儀記錄此時(shí)被測(cè)透鏡的位置z1；步驟四、時(shí)測(cè)量光束聚焦到被測(cè)透鏡后表面；具體過程為：在步驟一、二操作的基礎(chǔ)上，測(cè)量光束被標(biāo)準(zhǔn)物鏡會(huì)聚，到達(dá)被測(cè)透鏡后表面，經(jīng)過被測(cè)透鏡后表面的反射后，將沿著對(duì)稱光路位置返回，反射光線穿過標(biāo)準(zhǔn)物鏡，與干涉儀中的參考光束形成干涉條紋；在光軸方向上移動(dòng)被測(cè)透鏡，使干涉儀探測(cè)到的面形誤差離焦項(xiàng)近似為零，此時(shí)測(cè)量光束聚焦到被測(cè)透鏡后表面，記錄此時(shí)面形誤差離焦項(xiàng)p2,并通過測(cè)距干涉儀記錄此時(shí)被測(cè)透鏡的位置z2；步驟五、得到被測(cè)透鏡的中心厚度d；由步驟三、四得到的被測(cè)透鏡的位置z1和z2，及被測(cè)透鏡前表面和后表面面形誤差離焦項(xiàng)p1和p2，結(jié)合被測(cè)透鏡前表面的曲率半徑r、空氣折射率n0、被測(cè)透鏡的折射率n1、標(biāo)準(zhǔn)物鏡的焦距f′及通光口徑D，使用光線追跡的方法獲得被測(cè)透鏡的中心厚度。進(jìn)一步的，本發(fā)明的一種透鏡中心厚度干涉測(cè)量方法，所述使用光線追跡方法精確獲得被測(cè)透鏡的中心厚度d的具體步驟為：U＝arctan(D/2f′)(1)其中，U為被測(cè)透鏡前表面入射光線與光軸的夾角(數(shù)值孔徑角)；D為測(cè)量時(shí)平行光束的通光口徑；L＝|z2-z1+8×(f′/D)2×(p2-p1)|(2)其中，L為被測(cè)透鏡前表面入射光線與光軸的交點(diǎn)到被測(cè)透鏡前表面與光軸交點(diǎn)的距離；當(dāng)被測(cè)透鏡為球面透鏡時(shí),其中，r為被測(cè)透鏡前表面的曲率半徑；n0為空氣折射率，n1為被測(cè)透鏡的折射率；U′為被測(cè)透鏡前表面出射光線與光軸的夾角；L′為被測(cè)透鏡前表面出射光線與光軸的焦點(diǎn)到被測(cè)透鏡前表面與光軸交點(diǎn)的距離，即：被測(cè)透鏡前表面與光軸交點(diǎn)到被測(cè)透鏡后表面與光軸交點(diǎn)的距離，也即被測(cè)透鏡的中心厚度d；通過將公式1和公式2帶入公式3和公式4，即可獲得被測(cè)球面透鏡的中心厚度。當(dāng)被測(cè)透鏡為平面透鏡時(shí)，其中，n0為空氣折射率，n1為被測(cè)透鏡的折射率；U為被測(cè)透鏡前表面入射光線與光軸的夾角；L′為被測(cè)透鏡前表面出射光線與光軸的焦點(diǎn)到被測(cè)透鏡前表面與光軸交點(diǎn)的距離，即：被測(cè)透鏡前表面與光軸交點(diǎn)到被測(cè)透鏡后表面與光軸交點(diǎn)的距離，也即被測(cè)透鏡的中心厚度d；通過將公式1和公式2帶入公式5，即可獲得被測(cè)平面透鏡的中心厚度。進(jìn)一步的，本發(fā)明的一種透鏡中心厚度干涉測(cè)量方法，通過干涉儀測(cè)量得到的被測(cè)透鏡前表面和后表面的面形誤差離焦項(xiàng)定位，并且利用面形誤差離焦項(xiàng)修正測(cè)距干涉儀測(cè)量得到的位置坐標(biāo)；進(jìn)一步的，本發(fā)明的一種透鏡中心厚度干涉測(cè)量方法，可以測(cè)量凹透鏡、凸透鏡及平面透鏡的中心厚度；進(jìn)一步的，本發(fā)明的一種透鏡中心厚度干涉測(cè)量方法，所述的對(duì)稱雙路測(cè)距干涉儀還可以用單路測(cè)距干涉儀替換，該單路測(cè)距干涉儀可直接沿光軸安裝于五維調(diào)整架背面；進(jìn)一步的，本發(fā)明的一種透鏡中心厚度干涉測(cè)量方法，包括干涉儀、標(biāo)準(zhǔn)物鏡、被測(cè)透鏡、測(cè)距干涉儀、五維調(diào)整架及導(dǎo)軌，其中標(biāo)準(zhǔn)物鏡和被測(cè)透鏡依次放在干涉儀出射光線方向，標(biāo)準(zhǔn)物鏡與被測(cè)透鏡垂直于干涉儀出射光線方向；測(cè)距干涉儀的測(cè)量光束、導(dǎo)軌均平行于干涉儀出射光線方向。本發(fā)明對(duì)比已有技術(shù)具有以下創(chuàng)新點(diǎn)：(1)本透鏡中心厚度測(cè)量方法利用干涉條紋對(duì)被測(cè)透鏡表面實(shí)現(xiàn)非接觸高精度定位，不損傷透鏡表面，測(cè)量速度快等優(yōu)點(diǎn)。(2)利用干涉測(cè)量得到的被測(cè)透鏡表面面形誤差的離焦項(xiàng)，可以對(duì)測(cè)距干涉儀測(cè)量得到的透鏡表面位置進(jìn)行修正。(3)本發(fā)明可以對(duì)凹透鏡、凸透鏡及平面透鏡的中心厚度進(jìn)行測(cè)量。附圖說明圖1是本發(fā)明的測(cè)量裝置示意圖；圖2是本發(fā)明的凹透鏡厚度測(cè)量實(shí)施例示意圖；圖3是本發(fā)明的凹透鏡厚度測(cè)量實(shí)施例干涉圖樣；圖4是本發(fā)明的平面透鏡厚度測(cè)量實(shí)施例示意圖；圖5是本發(fā)明的平面透鏡厚度測(cè)量實(shí)施例干涉圖樣；其中：1-干涉儀、2-標(biāo)準(zhǔn)物鏡、3-被測(cè)透鏡、4-測(cè)距干涉儀、5-五維調(diào)整架、6-被測(cè)透鏡前表面、7-被測(cè)透鏡后表面、8-導(dǎo)軌。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明本發(fā)明的基本思想是利用干涉條紋及面形誤差對(duì)透鏡表面頂點(diǎn)進(jìn)行精確定位，實(shí)現(xiàn)透鏡中心厚度測(cè)量，并利用面形誤差離焦項(xiàng)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正。實(shí)施例一如圖1、圖2所示，凹透鏡中心厚度干涉測(cè)量方法，其測(cè)量步驟是：首先，將被測(cè)凹透鏡安裝在五維調(diào)整架5上，再將五維調(diào)整架5安裝在導(dǎo)軌8上，同時(shí)在五維調(diào)整架5與干涉儀1之間對(duì)稱安裝兩路測(cè)距干涉儀4，調(diào)整測(cè)距干涉儀4測(cè)量光束與導(dǎo)軌8平行。已知相關(guān)參數(shù)，其主要包括被測(cè)凹透鏡前表面6的曲率半徑r＝423.684mm、空氣折射率n0＝1和被測(cè)凹透鏡3折射率n1＝1.51466。然后，打開干涉儀1；調(diào)整被測(cè)凹透鏡3與標(biāo)準(zhǔn)物鏡2同軸，并調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)物鏡2與被測(cè)凹透鏡3垂直于入射平行光束；已知標(biāo)準(zhǔn)物鏡2通光口徑D＝100mm，焦距f′＝80mm。由干涉儀1出射的平行光束分為兩部分，一部分光直接在標(biāo)準(zhǔn)物鏡2表面發(fā)生反射，另一部分光束通過標(biāo)準(zhǔn)物鏡2會(huì)聚于被測(cè)凹透鏡3表面后發(fā)生反射。兩束反射光在干涉儀1內(nèi)相遇，產(chǎn)生干涉條紋。測(cè)量過程中，被測(cè)凹透鏡3沿導(dǎo)軌8在光軸方向上掃描移動(dòng)。通過觀察干涉條紋及面形誤差離焦項(xiàng)大小來確定標(biāo)準(zhǔn)物鏡2出射光束頂點(diǎn)與被測(cè)凹透鏡3前后表面頂點(diǎn)重合，并以此記錄在兩個(gè)重合點(diǎn)處被測(cè)凹透鏡3的位置坐標(biāo)z1，z2及面形誤差離焦項(xiàng)p1，p2，被測(cè)凹透鏡上下表面干涉圖樣如圖3所示。根據(jù)已知參數(shù)：被測(cè)凹透鏡前表面6的曲率半徑r、空氣折射率n0、被測(cè)凹透鏡3的折射率n1、結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)物鏡2測(cè)量光束的數(shù)值孔徑角U＝arctan(D/2f′)、兩次定位的移動(dòng)量L＝|z2-z1+8×(f′/D)2×(p2-p1)|，使用以下公式：計(jì)算得到被測(cè)凹透鏡3的中心厚度d。本實(shí)施例所得位置坐標(biāo)分別為z1＝-249.8066mm，z2＝-268.8087mm，面形誤差離焦項(xiàng)分別為p1＝0.5nm，p2＝3461.1nm。代入計(jì)算公式，可得透鏡中心厚度d＝30.6275mm。實(shí)施例二如圖1、圖4所示，平面透鏡中心厚度干涉測(cè)量方法，其測(cè)量步驟是：首先，將被測(cè)平面透鏡安裝在五維調(diào)整架5上，再將五維調(diào)整架5安裝在導(dǎo)軌8上，同時(shí)在五維調(diào)整架5與干涉儀1之間對(duì)稱安裝兩路測(cè)距干涉儀4，調(diào)整測(cè)距干涉儀4測(cè)量光束與導(dǎo)軌平行。已知相關(guān)參數(shù)，其主要包括空氣折射率n0＝1和被測(cè)平面透鏡3折射率n1＝1.51466。然后，打開干涉儀1；調(diào)整被測(cè)平面透鏡3與標(biāo)準(zhǔn)物鏡2同軸，并調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)物鏡2與被測(cè)平面透鏡3垂直于入射平行光束；已知標(biāo)準(zhǔn)物鏡2通光口徑D＝100mm，焦距f′＝80mm。由干涉儀1出射的平行光束分為兩部分，一部分光直接在標(biāo)準(zhǔn)物鏡2表面發(fā)生反射，另一部分光束通過標(biāo)準(zhǔn)物鏡2會(huì)聚于被測(cè)平面透鏡3表面后發(fā)生反射。兩束反射光在干涉儀1內(nèi)相遇，產(chǎn)生干涉條紋。測(cè)量過程中，被測(cè)平面透鏡3沿導(dǎo)軌8在光軸方向上掃描移動(dòng)。通過觀察干涉條紋及面形誤差離焦項(xiàng)大小來確定標(biāo)準(zhǔn)物鏡2出射光束頂點(diǎn)與被測(cè)平面透鏡3前后表面重合，并以此記錄在兩個(gè)重合點(diǎn)處被測(cè)平面透鏡3的位置坐標(biāo)z1，z2及面形誤差離焦項(xiàng)p1，p2，被測(cè)平面透鏡上下表面干涉圖樣如圖5所示。根據(jù)已知參數(shù)：空氣折射率n0、被測(cè)平面透鏡3的折射率n1、結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)物鏡2測(cè)量光束的數(shù)值孔徑角U＝arctan(D/2f′)、兩次定位的移動(dòng)量L＝|z2-z1+8×(f′/D)2×(p2-p1)|，使用以下公式：計(jì)算得到被測(cè)平面透鏡3的中心厚度d。本實(shí)施例所得位置坐標(biāo)分別為z1＝-259.7471mm，z2＝-269.8988mm，面形誤差離焦項(xiàng)分別為p1＝-3.7nm，p2＝8827.6nm。代入計(jì)算公式，可得透鏡中心厚度d＝16.9106mm。此實(shí)施例通過一系列的措施實(shí)現(xiàn)了球面及平面透鏡中心厚度的非接觸測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了透鏡中心厚度干涉測(cè)量的方法，具有不損傷表面、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，檢測(cè)周期短、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明未詳細(xì)闡述部分屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，本發(fā)明的保護(hù)范圍由隨附的權(quán)利要求書限定，本發(fā)明的保護(hù)范圍由隨附的權(quán)利要求書限定，任何在本發(fā)明權(quán)利要求基礎(chǔ)上的改動(dòng)都是本發(fā)明的保護(hù)范圍。