[发明专利]双边错位差动共焦透镜中心厚度测量方法

权利要求书

1.双边错位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)，调整被测透镜(6)使其与测量物镜(4)和准直透镜(3)共光轴，点光源(1)发出的光经分束镜(2)、准直透镜(3)和测量物镜(4)后汇聚成测量光束(5)照射在被测透镜(6)上，被测透镜(6)顶点反射的测量光束(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共焦探测系统(7)，形成的测量艾里斑(10)被CCD探测器(9)探测；

b)沿光轴方向移动被测透镜(6)使测量光束(5)的焦点与被测透镜(6)的透镜顶点A位置重合；在所述透镜顶点A位置附近轴向扫描测量物镜(4)或被测透镜(6)，将横向相减共焦探测系统(7)中大虚拟针孔探测域(11)探测的大虚拟针孔探测共焦特性曲线(13)I_B(z)和小虚拟针孔探测域(12)探测的小虚拟针孔探测共焦特性曲线(14)I_S(z)进行相减处理，得到半高宽压缩的锐化共焦特性曲线(15)I(z)＝I_S(z)-γI_B(z)，其中z为轴向坐标，γ为调节因子；

c)将锐化共焦特性曲线(15)沿横向坐标平移S得到平移锐化共焦特性曲线(16)，并使锐化共焦特性曲线(15)和平移锐化共焦特性曲线(16)的侧边交汇，对锐化共焦特性曲线(15)和平移锐化共焦特性曲线(16)分别进行同横坐标点插值处理后，再进行逐点相减处理得到错位相减差动共焦特性曲线(17)I_D(z)＝I(z)-I(z,-S)，利用差动共焦线性拟合直线(18)对错位相减差动共焦特性曲线(17)的线性段数据进行直线拟合，通过反向回移差动共焦线性拟合直线(18)S/2位置的回移差动共焦拟合直线(20)的移位拟合直线零点(21)精确确定测量光束(5)焦点与被测透镜(6)的顶点的重合位置，进而确定被测透镜(6)的透镜顶点A位置Z₁；

d)继续沿光轴方向移动测量物镜(4)或被测透镜(6)，使测量光束(5)的焦点与被测透镜(6)的后表面顶点B重合；在后表面顶点B附近轴向扫描测量物镜(4)或被测透镜(6)，由横向相减共焦探测系统(7)通过处理测得的测量艾里斑(10)得到锐化共焦特性曲线(15)后再进行双边错位相减处理，得到与测量物镜(4)焦点附近对应的第二错位相减差动共焦特性曲线(22)，主控计算机(24)按着步骤c)通过对第二错位相减差动共焦特性曲线(22)进行线性拟合、拟合直线回移及确定回移拟合直线零点来精确确定被测透镜(6)的后表面顶点B，记录此时被测透镜(6)的后表面顶点B的位置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(5)的数值孔径角α₀、被测透镜(6)的前表面曲率半径r₁和折射率n、空气折射率n₀和两次定焦位置之间的距离l＝|Z₂-Z₁|，则得到被测透镜(6)的中心厚度d。

2.根据权利要求1所述的双边错位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，进而得出被测透镜(6)中心厚度的计算公式，如公式(2)所示，r_N为被测透镜(6)第N个表面S_N的曲率半径，n_N为第N个表面S_N与第N+1个表面S_N+1之间的材料折射率，d_N-1为第N-1个表面S_N-1与第N个表面S_N之间的轴向间隙，l_N′为S_N顶点到S_N出射线与光轴交点的距离，u_N′为S_N出射光线与光轴的夹角，

根据上述公式推导出计算被测透镜中心厚度的公式(1)，进一步实现透镜中心厚度精确测量。