[发明专利]一种非接触式光学透镜中心厚度测量方法及测量装置

说明书

本发明提供一种非接触式光学透镜中心厚度测量方法及测量装置，该测量装置包括间隔测量模块和测量工装模块，间隔测量模块包括一迈克尔逊干涉仪，用于测量间隔距离；测量工装模块包括第一平行平板、待测透镜夹持及调整装置以及第二平行平板，其中，待测透镜夹持及调整装置设置于第一平行平板和第二平行平板之间，用于夹持待测透镜并调整待测透镜的位置，使得待测透镜的光轴与测量光束同轴。采用该装置在进行厚度测量时，不需要已知待测光学透镜的折射率，直接进行光学透镜中心厚度的测量，不再受限于材料因素的影响，可以对任何光学透镜进行中心厚度测量并且提高了测量的精度。

技术领域

本发明涉及光学精密测量技术领域，特别涉及一种非接触式光学透镜中心厚度测量方法及测量装置。

背景技术

在光学系统中，光学透镜是最为基础且重要的光学元件之一，光学透镜的中心厚度的测量具有极为重要的意义。光学透镜中心厚度的测量精度会直接影响整个光学系统的成像质量，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，每个单透镜中心厚度测量的偏差都会造成最终物镜的像差，影响物镜的成像质量。因此，亟需要高精度的测量方法和测量装置，对光学透镜的中心厚度进行测量。

目前常见的光学透镜中心测量方法有两种，即接触式测量和非接触式测量。接触式测量，一般使用手持千分表、千分尺或者高度计进行测量，在测量过程中，透镜的中心点位置的准确性将会直接影响到检测的精度，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)，因此，测量速度慢且误差较大，而且目前的透镜材料为高透光光学材料，其材质较软，在测量时探测头在透镜表面上移动时，很容易划伤透镜表面。有时在测量时，在透镜上垫保护层，但是因为保护层的存在，将影响到厚度的直接测量，进而带来额外的误差。因此，这种接触式测量因为存在测量精度低、测量效率低且稳定性较差等缺点，在对透镜要求较高的应用场合中已经逐渐被淘汰。

为了解决接触式测量存在的问题，目前也存在一些非接触测量的方法。常见的非接触测量方法包括图像测量法、共面电容法、白光共焦法和干涉法，但是这些非接触测量方法存在以下问题：(1)在进行测量之前，必须知道光学透镜材料的参数，尤其是光学透镜的折射率，对于一些未知的材料，还需要引入该材料制成的标准块先测量光学透镜的折射率，然后才能进行光学透镜厚度的测量，操作步骤较为繁琐且会带来额外的误差影响测量的精确性；针对每种未知材料均要制作标准块，测量成本较高，不具有实用性；(2)针对梯度折射率透镜(GRIN透镜)，因为其折射率并非一个常数，因此，之前的非接触测量无法实现对梯度折射率透镜的厚度测量；(3)在进行非接触测量时，为了减小测量的偏差，必须保证透镜的光轴与测量光束的光轴一致，但是目前测试方法中，并没有在系统中进行光轴一致性的确认，因此，可能会导致额外的偏差。

因此，亟需设计一种非接触式光学透镜厚度测量方法，其能对任何材质的光学透镜厚度均能实现非接触测量，且不需要已知光学透镜的折射率，测量误差较小且测量精度高。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种非接触式光学透镜中心厚度测量装置，其特征在于，所述测量装置包括间隔测量模块和测量工装模块，所述间隔测量模块包括一迈克尔逊干涉仪，用于测量间隔距离；所述测量工装模块包括第一平行平板、待测透镜夹持及调整装置以及第二平行平板，其中，待测透镜夹持及调整装置设置于第一平行平板和第二平行平板之间，所述待测透镜夹持及调整装置用于夹持待测透镜并调整待测透镜的位置，使得待测透镜的光轴与测量光束同轴；在进行光学透镜中心厚度测量之前，间隔测量模块测量第一平行平板下表面至第二平行平板上表面的间隔距离，记为L1；在进行光学透镜中心厚度测量时，间隔测量模块测量第一平行平板下表面至待测透镜上表面顶点之间的距离，记为L2,；间隔测量模块测量待测透镜下表面顶点至第二平行平板上表面之间的距离，记为L3，则待测透镜的中心厚度d＝L1-L2-L3。