[发明专利]镜头中光学表面中心间距的非接触式测量方法及测量装置

说明书

技术领域

本发明属于光学测量领域，具体涉及一种镜头中光学表面中心间距的非接触式测量方法及测量装置，它适用于光学装校过程中对镜头或镜头组的空气间隔或透镜中心厚度的检测。

背景技术

光学系统的装校，特别是物镜的装校直接影响光学仪器成像质量和性能，是非常关键的工艺。物镜的装校过程主要有三个方面的要求：1)校正每个面的偏心误差；2)保证空气间隔；3)在安装牢固的前提下，保证镜面不变形。空气间隔的测量和控制是物镜生产的关键工艺之一。如果空气间隔不能严格控制，会带来球差、色差及影响焦距、倍率等，甚至严重影响物镜成像质量。空气间隔的测量和控制是物镜生产的关键工艺之一。

目前光学表面间距有多种测量方法，主要分为两类：接触式测量和非接触式测量。国内仍然普遍沿用接触式方法进行测量。接触式测量方法通常有两种：一是测量前一透镜的上顶点与后一透镜的上顶点的距离，然后减去透镜厚度；二是测量球面顶点到镜座断面的距离。接触式测量仪器主要有：百分表、千分表或光栅测微仪等。接触式测量的主要缺点是容易划伤透镜表面。为避免划伤，通常在测量头与被测表面之间加一层保护纸，因此测量精度低。而且接触式测量的耗时长，无法在光学加工和装较的过程中实现实时引导。对于有些镀有特殊膜层的表面，严禁接触式测量，因此必须采用非接触式测量。

在中国专利申请号“01133730.3”中提出了一种新型非接触式光学系统空气间隔测量方法，由Fizeau干涉仪构成主要光学检测系统，使干涉仪标准镜头的焦点聚于被测透镜的顶点上，通过一光电成像转换器将被测透镜镜面顶点波前翻转自准干涉而予以定位，指示光栅与干涉仪的标准镜头联动，通过光栅传感器和数显表组成的读数系统读取标准镜头的移动量从而获取光学系统的空气间隔值。

该测量方法相比接触式测量具有以下优点：实现了非接触式无损测量，大大提高了测量精度；可用于镀膜等特殊透镜的装校检测；读数方便简单。该测量方法实现了非接触式测量，但其自身仍然存在很多缺陷：标准镜头的焦点定位由调整干涉条纹的弯曲程度实现，调整过程中操作繁琐，工作量较大，引入了较大的人为误差。

光学相干层析技术(OCT)是一种新近发展的层析技术，将低相干干涉仪和共焦扫描显微术结合在一起，利用外差探测技术来获取样品的内部信息，其成像深度达mm量级，空间分辨率保持在μm量级，是一种在很多领域具有广阔前景的高分辨率无损实时成像工具。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足之处，提供一种镜头中光学表面中心间距的非接触式测量方法及测量装置，可以非接触地测量镜头中光学表面中心间距，同时具有测量精度高、数据处理简单、可以实现实时引导、使用灵活的优点。

本发明提供的技术方案为：一种镜头中光学表面中心间距的非接触式测量方法，步骤如下：

步骤10，对待测镜头第一个光学表面进行光学相干层析成像；

其中，步骤10之前还包括步骤00，使样品臂扫描光束通过待测镜头光轴；所述使样品臂扫描光束通过待测镜头光轴的判定标准为，遮掩参考臂反射光后，光电探测器探测到的光强最大。

步骤20，改变相干层析成像起始位置，对待测镜头下一个光学表面进行光学相干层析成像；

其中，步骤20包括：

步骤21，使相干层析成像起始位置移动Δz，获得一光学相干层析图像；

步骤22，观察步骤21中获得的光学相干层析图像中是否有下一个光学表面的特征图像，若否继续执行步骤21，若是执行步骤23；

步骤23，记此次相干层析成像起始位置移动总量为x_i，i∈{1，2，...，N-1}，N为与待测光学表面间距相关的光学表面总数，即有N-1个相邻光学表面间距。

步骤30，若已得到与待测镜头的待测光学表面间距相关的全部光学表面的特征图像，执行步骤40，否则执行步骤20；

步骤40，对已得到的特征图像进行数据处理，求得所需的光学表面间距值；

其中，步骤40包括：

步骤41，在已得到的特征图像中确定光学表面中心位置，记第j个光学表面在其特征图像中的像素点位置为z_j，j∈{1，2，...，N}；

步骤42，计算相邻两光学表面间距值，并记第i个相邻光学表面间距值为l_i，计算公式为i∈{1，2，...，N-1}，x_i为对应相干层析成像起始位置移动量，n_i为间隔的材料折射率，d为层析图像单个像素点对应光程值；