[发明专利]基于斐索干涉仪的透镜焦距测量装置及方法

摘要

本发明公开了一种基于斐索干涉仪的透镜焦距测量装置及方法。本发明通过在斐索涉仪装置中，先后在干涉腔中插入两块不同厚度的平行平板，来引入物点和像点的轴向位移，实现透镜焦距的测量。首先将玻璃平板放置在猫眼位置，当测试光路中不放置平行平板时，通过移相干涉测量得到测试波前数据W1和参考波前数据W0之差W1‑W0。分别将两个不同厚度的平行平板置在测试光路中，通过移相干涉测量得出两个不同的波差W2‑W0和波面W3‑W0。采用波前差分算法通过计算求得波差W2‑W1、波差W3‑W1和高斯成像公式，推导出透镜焦距的计算公式。本发明采用非接触式的测量方法避免了对透镜表面的损坏，同时该发明适用于正负透镜焦距的测量。

主权项

一种基于斐索干涉仪的透镜焦距测量装置，其特征在于：包括斐索干涉仪(1)、测试透镜(2)、平行平板(3)和玻璃平板(4)；其中，测试透镜(2)、平行平板(3)、玻璃平板(4)沿光路方向顺次排列，构成测试透镜焦距的干涉光路；透镜焦距测量检测步骤为：1)分别测得第一次测量的平行平板(3)和第二次测量的平行平板(3)的厚度，根据已知的平行平板(3)的折射率，确定测试光经过第一平行平板所引入的像点的轴向位移Δl′1为：Δl1′=2(1-1n)h1]]>确定测试光经过第二平行平板所引入的像点的轴向平移Δl'2为：Δl2′=2(1-1n)h2]]>式中，n为平行平板的折射率，h1为第一平行平板的厚度，h2为第二平行平板的厚度；2)测试光路中不引入平行平板，将玻璃平板(4)调整至猫眼位置，利用多步移相算法对所得到的干涉条纹图进行数据处理，得到未引入平行平板时的测试波前W1与参考波前W0的波差W1‑W0；3)测试光路中引入第一平行平板，保持玻璃平板位置不动，调节第一平行平板的位置，使得干涉条纹同心圆环中心与CCD探测器的中心重合；利用多步移相算法对所得到的干涉条纹图进行数据处理，得到引入第一平行平板时的测试波前W2与参考波前W0的波差W2‑W0；基于波前差分算法，计算求得由于引入第一平行平板所引起的波前差分ΔW1＝W2‑W1，并用Zernike多项式进行波面拟合，得到ΔW1的各项Zernike多项式系数：a0=Δl1·(-2+14NA2+124NA4+164NA6+1128NA8)]]>a3=Δl1·(14NA2+116NA4+9320NA6+164NA8)]]>a8=Δl1·(148NA4+164NA6+5448NA8)]]>a15=Δl1·(1320NA6+1256NA8)]]>a24=Δl1·(11792NA8)]]>其中，a0为常数项系数，a3为离焦项系数，a8初级球差项系数，a15为二阶球差项系数，a24为三阶球差项系数，Δl1为第一平行平板所引入的物点的轴向位移，NA为数值孔径；由此，求得数值孔径NA为：NA=28a245a15-35a24]]>第一平行平板所引入的物点的轴向位移Δl1为：Δl1=15[1a0(-2+14NA2+124NA4+164NA6+1128NA8)+1a3(14NA2+116NA4+9320NA6+164NA8)+1a8(148NA4+164NA6+5448NA8)+1a15(1320NA6+1256NA8)+1a24(11792NA8)]]]>4)测试光路中引入第二平行平板，保持玻璃平板位置不动，调节第二平行平板的位置，使干涉条纹同心圆环中心与CCD探测器的中心重合；利用多步移相算法对所得到的干涉条纹图进行数据处理，得到引入第二平行平板的测试波前W3与参考波前W0的波差W3‑W0；基于波前差分算法，可计算求得由于引入第二平行平板所引起的波前差分ΔW2＝W3‑W1，并用Zernike多项式进行波面拟合，得到ΔW2的各项Zernike多项式系数：a0=Δl2·(-2+14NA2+124NA4+164NA6+1128NA8)]]>a3=Δl2·(14NA2+116NA4+9320NA6+164NA8)]]>a8=Δl2·(148NA4+164NA6+5448NA8)]]>a15=Δl2·(1320NA6+1256NA8)]]>a24=Δl2·(11792NA8)]]>其中，Δl2为第二平行平板所引入的物点的轴向位移；由此，求得数值孔径NA为：NA=28a245a15-35a24]]>第二平行平板所引入的物点的轴向位移Δl2为：Δl2=15[1a0(-2+14NA2+124NA4+164NA6+1128NA8)+1a3(14NA2+116NA4+9320NA6+164NA8)+1a8(148NA4+164NA6+5448NA8)+1a15(1320NA6+1256NA8)+1a24(11792NA8)]]]>5)当在测试光路中引入第一平行平板时，第一平行平板所引入的物点的轴向位移为Δl1，第一平行平板所引入的像点的轴向位移为Δl′1，则根据高斯成像公式可得，1l′-Δl1′-1l-Δl1=1f′]]>式中，l为未引入平行平板时的物距，l'为未引入平行平板时的像距，f'为测试透镜的焦距；在测试光路中引入第二平行平板时，第二平行平板所引入的物点的轴向位移为Δl2，第二平行平板所引入的像点的轴向位移为Δl'2，则根据高斯成像公式可得，1l′-Δl2′-1l-Δl2=1f′]]>由此可得测试透镜(2)的焦距f'为：f′=Δl1·Δl2′-Δl1′·Δl2Δl1·Δl1′·Δl2·Δl2′·(Δl1-Δl2)·(Δl1′-Δl2′)-Δl1·Δl1′·Δl2′+Δl1′·Δl2·Δl2′-1Δl1·Δl2′-Δl1′·Δl2Δl1·Δl1′·Δl2·Δl2′·(Δl1-Δl2)·(Δl1′-Δl2′)-Δl1·Δl1′·Δl2+Δl1·Δl2·Δl2′.]]>