[发明专利]反射式横向相减差动共焦焦距测量方法

摘要

本发明涉及到一种反射式横向相减差动共焦焦距测量方法，属于光学精密测量技术领域。该方法将差动共焦探测器中焦前焦后两路探测器探测到的光斑分别采用不同大小虚拟针孔进行横向相减得到锐化后的横向相减共焦响应曲线，将两路横向相减共焦响应曲线差动相减后得到横向相减差动共焦响应曲线，根据横向相减差动共焦响应曲线的过零点精确确定被测镜的表面顶点和焦点位置，得到被测镜的精确焦距值。本发明中横向相减激光差动共焦的光强响应曲线过零点附近的斜率大于传统的差动共焦光强响应曲线，显著提高了测量系统定焦精度。本方法相对已有方法，具有测量精度高、抗环境干扰能力强等优势，在光学精密测量技术领域具有广泛的应用前景。

主权项

1.反射式横向相减差动共焦焦距测量方法，其特征在于：具体步骤如下：a)打开点光源(1)，其发出的光经分束镜(2)、准直透镜(3)和被测透镜(4)后照射在平面反射镜(5)上，由平面反射镜(5)的表面反射，反射光经被测透镜(4)和准直透镜(3)后被分束镜(2)反射后进入到横向相减差动共焦探测系统(6)；b)调整被测透镜(4)，使其与准直透镜(3)共光轴；调整平面反射镜(5)，使其与准直透镜(3)共光轴；被测透镜(4)将准直透镜(3)出射的平行光束汇聚成测量光束照射在平面反射镜(5)上；c)沿光轴方向移动平面反射镜(5)，使测量光束的焦点与平面反射镜(5)顶点位置重合；在该位置附近扫描平面反射镜(5)，将横向相减差动共焦探测系统(6)中焦前大虚拟针孔探测系统(13)探测的焦前大虚拟针孔探测共焦特性曲线(18)I_B1(z,‑u_M)，和焦前小虚拟针孔探测系统(14)分别和探测到的焦前小虚拟针孔探测共焦特性曲线(19)I_S1(z,‑u_M)进行相减处理，得到半高宽压缩的焦前横向相减锐化共焦特性曲线(20)I₁(z,‑u_M)＝I_B1(z,‑u_M)‑γI_S1(z,‑u_M)；将横向相减差动共焦探测系统(6)中焦后大虚拟针孔探测系统(16)探测的焦后大虚拟针孔探测共焦特性曲线(21)I_B2(z,+u_M)，和焦后小虚拟针孔探测系统(17)探测到的焦后小虚拟针孔探测共焦特性曲线(22)I_S2(z,+u_M)进行相减处理，得到半高宽压缩的‑焦后横向相减锐化共焦特性曲线(23)I₂(z,+u_M)＝I_B2(z,+u_M)‑γI_S2(z,+u_M)，其中z为轴向坐标，γ为调节因子，u_M为焦前CCD探测器(9)偏离焦前显微物镜(8)焦平面距离M的归一化距离，也是焦后CCD探测器(11)偏离焦后显微物镜(10)焦平面距离M的归一化距离；将焦后横向相减锐化共焦特性曲线(23)I₂(z,+u_M)和焦前横向相减锐化共焦特性曲线(20)I₁(z,‑u_M)进行差动相减，即能够得到轴向高灵敏的离散横向相减差动共焦特性曲线(24)I_D(z)：I_D(z)＝I₂(z,+u_M)‑I₁(z,‑u_M)  (1)通过离散横向相减差动共焦特性曲线(24)I_D(z)的拟合直线零点(26)来确定测量光束精确定焦在平面反射镜(5)的第一定焦表面顶点位置，进而精确确定测量光束的焦点位置Z₁；d)继续沿光轴向被测透镜(4)的方向移动平面反射镜(5)，使测量光束被平面反射镜(5)反射后聚焦到被测透镜(4)表面；在该位置附近扫描平面反射镜(5)，由横向相减差动共焦探测系统(6)测得离散横向相减差动共焦特性曲线(24)，主控计算机(28)通过差动共焦线性拟合直线(25)的拟合直线零点(26)来精确确定被测透镜(4)的表面顶点位置，记录此时平面反射镜(5)的位置Z₂；e)记两定焦点Z₁和Z₂之前的距离为d，则被测透镜(4)的顶焦距为l_f＝2d。