【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本申請涉及光學(xué)精密測量，具體涉及一種測量光學(xué)元件厚度與間隔的方法和裝置。
技術(shù)介紹
1、隨著社會與科技的發(fā)展，光學(xué)透鏡在各行各業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，如消費電子、汽車、安防、半導(dǎo)體等。光學(xué)鏡頭由光學(xué)鏡片組成，高性能光學(xué)系統(tǒng)對光學(xué)鏡頭的性能要求不斷提高，第一是透鏡的加工精度滿足要求，第二是透鏡的集成裝配精度滿足要求，這些需求都對光學(xué)鏡頭檢測設(shè)備的精度提出了更高要求。
2、光學(xué)鏡頭中透鏡中心厚度與空氣間隔測量手段主要包括接觸式與非接觸式兩類。接觸式測量方法對被測光學(xué)元件表面有損傷風(fēng)險，測量結(jié)果精度低，重復(fù)性不好。非接觸方法中的光學(xué)測量手段在光學(xué)透鏡性能指標(biāo)檢測方面有著廣泛的應(yīng)用基礎(chǔ)，如圖像法、共焦法、低相干光干涉法等。圖像法測量精度受ccd分辨率、成像系統(tǒng)性能的影響，測量誤差較大；白光共焦法利用被測元件前后表面反射的光譜信息計算表面間距，測量精度受光譜儀性能影響，且測量范圍小；低相干光干涉法采用低相干光源，相干長度很短，只有當(dāng)參考光與測量光光程相近的時候才能發(fā)生干涉，具有良好的空間定位精度和高靈敏度，可以滿足光學(xué)鏡頭中透鏡中心厚度與空氣間隔的測量精度需求。
3、在現(xiàn)有的低相干光干涉測量技術(shù)中，專利cn109458939a中公開了一種與快速定心結(jié)合的透鏡中心厚度測量方法，采用白光共焦技術(shù)測量透鏡中心厚度。該裝置的測量范圍小，主要用于單透鏡中心厚度測量。專利cn114008405a公開了一種用于測量光學(xué)元件的界面的設(shè)備和方法，該專利中用于對準(zhǔn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大，不利于集成。專利cn210833439u中公開了一
4、專利技術(shù)人在實現(xiàn)本專利技術(shù)時發(fā)現(xiàn)，測量光學(xué)元件厚度與間隔的裝置存在以下幾個問題：一是在測量光學(xué)元件厚度與間隔時，低相干光干涉測量裝置中的變焦鏡頭常采用手動對準(zhǔn)方法，存在對準(zhǔn)精度低，測量結(jié)果重復(fù)性差，或者與定心儀配合的對準(zhǔn)方法，系統(tǒng)體積大、成本高，效率低；二是在測量多個光學(xué)鏡片的鏡頭或光學(xué)組件時，為了準(zhǔn)確測量不同光學(xué)元件的厚度與間隔，低相干光干涉測量裝置中的變焦鏡頭需要根據(jù)鏡片的位置動態(tài)調(diào)整焦距，便于將測量光聚焦于待測樣品的光學(xué)面附近，使更多光能量被光學(xué)元件表面反射，并返回鏡頭，然而當(dāng)前測量裝置的變焦方式多采用手動變焦方法，調(diào)焦精度低，效率不高，難以滿足超高精度鏡頭或光學(xué)組件的厚度與間隔測量需求，或者采用的自動調(diào)焦系統(tǒng)體積大，適用場景有限；三是低相干光干涉測量裝置中包含參考光路與測量光路，在測量多光學(xué)元件的厚度與間隔時，需要增加測量光路的光輸入能量，以提高最后幾個元件反射面反射回來的光能量，提高信噪比，在測量高反射率的光學(xué)元件時，需要降低測量光路的輸入能量，避免探測器飽和，然而當(dāng)前測量裝置中需要手動調(diào)節(jié)光源光強大小，效率低，微弱信號探測精度低。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本說明書實施例提供一種測量光學(xué)元件厚度與間隔的方法和裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)的測量光學(xué)元件厚度與間隔的裝置由于采用手動對準(zhǔn)或變焦方式，從而造成精度低、效率不高的缺陷。
2、本說明書實施例提供以下技術(shù)方案：
3、提供了一種測量光學(xué)元件厚度與間隔的方法，所述方法包括以下步驟：
4、a、向光學(xué)元件發(fā)射光線，對所述光學(xué)元件表面的反射光進(jìn)行監(jiān)測；利用第一伺服運動機構(gòu)在光軸方向的移動，調(diào)節(jié)變焦鏡頭和光學(xué)元件的位置；利用第一伺服運動機構(gòu)的圍繞光軸的轉(zhuǎn)動，調(diào)節(jié)所述變焦鏡頭和光學(xué)元件的光軸處于同一直線；
5、b、第二光源分別向光學(xué)元件和延遲線模塊發(fā)射光線，所述第二光源為低相干光源；
6、c、通過第二伺服運動機構(gòu)調(diào)節(jié)所述延遲線模塊的反射鏡位置，使所述光學(xué)元件表面反射的第一測量光和所述反射鏡反射的第一參考光發(fā)生干涉；
7、d、根據(jù)所述反射鏡處于不同位置時相鄰位置之間的距離，獲取光學(xué)元件的厚度和間隔。
8、在一些實施例中，所述步驟a中，集成在變焦鏡頭內(nèi)部的第四光源向光學(xué)元件發(fā)射光線；根據(jù)所述光學(xué)元件表面的反射光的光斑直徑或光譜強度，調(diào)節(jié)所述變焦鏡頭和光學(xué)元件的位置；根據(jù)所述光學(xué)元件表面的反射光的信號強度波動，調(diào)節(jié)所述變焦鏡頭和光學(xué)元件的光軸處于同一直線。
9、在一些實施例中，所述步驟a中，當(dāng)所述光學(xué)元件表面的反射光的光斑直徑最小或小于預(yù)先設(shè)置的閾值時，所述變焦鏡頭和光學(xué)元件處于最優(yōu)位置。
10、在一些實施例中，所述步驟a中，在所述光學(xué)元件表面的反射光的光譜強度曲線中，光強最大值的位置對應(yīng)所述變焦鏡頭和光學(xué)元件的最優(yōu)位置。
11、在一些實施例中，所述步驟a中，當(dāng)所述信號強度波動最小或小于預(yù)先設(shè)置的閾值時，所述變焦鏡頭和光學(xué)元件的光軸處于同一直線。
12、在一些實施例中，所述步驟a中，所述第二光源向光學(xué)元件發(fā)射光線；根據(jù)所述光學(xué)元件表面的反射光的光譜強度，調(diào)節(jié)所述變焦鏡頭和光學(xué)元件的位置；根據(jù)所述光學(xué)元件表面的反射光的信號強度波動，調(diào)節(jié)所述變焦鏡頭和光學(xué)元件的光軸處于同一直線。
13、在一些實施例中，所述步驟a中，在所述光學(xué)元件表面的反射光的光譜強度曲線中，光強最大值的位置對應(yīng)所述變焦鏡頭和光學(xué)元件的最優(yōu)位置。
14、在一些實施例中，所述步驟a中，當(dāng)所述信號強度波動最小或小于預(yù)先設(shè)置的閾值時，所述變焦鏡頭和光學(xué)元件的光軸處于同一直線。
15、在一些實施例中，在所述步驟a之后，還包括完成多透鏡鏡組第一個或者前幾個透鏡的厚度與間隔測量后，變焦鏡頭內(nèi)部的伺服運動機構(gòu)帶動內(nèi)部變焦鏡組移動，使變焦鏡頭焦距發(fā)生緩慢變化，直到焦距達(dá)到期望光學(xué)表面的位置時，伺服機構(gòu)停止運動，完成后續(xù)單個或幾個透鏡厚度與間隔的測量。
16、在一些實施例中，在所述步驟a之后，還包括固定變焦鏡頭內(nèi)部變焦鏡組的位置不變，通過伺服機構(gòu)帶動變焦鏡頭或者光學(xué)元件整體移動，使變焦鏡頭焦點達(dá)到期望光學(xué)表面的位置。
17、在一些實施例中，在所述步驟d中，通過所述第二伺服運動機構(gòu)的自身精度獲取所述光學(xué)元件的厚度和間隔。
18、在一些實施例中，在所述步驟d中，通過采用與所述第一參考光光路同軸的第三光源的干涉儀，監(jiān)測所述第一參考光光程的變化，獲取所述光學(xué)元件的厚度和間隔，所述第三光源為高相干光源。
19、在一些實施例中，所述步驟d具體包括：
20、根據(jù)公式獲取所述光學(xué)元件的厚度；其中為光學(xué)元件的厚度，為高相干光源的波長，和為在低相干信號的主極大位置時的高相干信號對應(yīng)的采樣點的相位值，為延遲線模塊環(huán)境空氣在低相干光源波長下的折射率，為延遲線模塊空氣折射率，為光學(xué)元件材料在低相干光源波長下的群折射率；
21、根據(jù)公式獲取光學(xué)元件的間隔；其中為光學(xué)元件環(huán)境空氣在低相干光源波長補償后的折射率。
22、在一些實施例中，在所述步驟d中，還包括通過對光學(xué)元件本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種測量光學(xué)元件厚度與間隔的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量光學(xué)元件厚度與間隔的方法，其特征在于，所述步驟A中，集成在變焦鏡頭內(nèi)部的第四光源向光學(xué)元件發(fā)射光線；根據(jù)所述光學(xué)元件表面的反射光的光斑直徑或光譜強度，調(diào)節(jié)所述變焦鏡頭和光學(xué)元件的位置；根據(jù)所述光學(xué)元件表面的反射光的信號強度波動，調(diào)節(jié)所述變焦鏡頭和光學(xué)元件的光軸處于同一直線。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測量光學(xué)元件厚度與間隔的方法，其特征在于，所述步驟A中，當(dāng)所述光學(xué)元件表面的反射光的光斑直徑最小或小于預(yù)先設(shè)置的閾值時，所述變焦鏡頭和光學(xué)元件處于最優(yōu)位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測量光學(xué)元件厚度與間隔的方法，其特征在于，所述步驟A中，在所述光學(xué)元件表面的反射光的光譜強度曲線中，光強最大值的位置對應(yīng)所述變焦鏡頭和光學(xué)元件的最優(yōu)位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測量光學(xué)元件厚度與間隔的方法，其特征在于，所述步驟A中，當(dāng)所述信號強度波動最小或小于預(yù)先設(shè)置的閾值時，所述變焦鏡頭和光學(xué)元件的光軸處于同一直線。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測量光學(xué)元件厚度與間隔的方法，其特征在于，所述步驟A中，在所述光學(xué)元件表面的反射光的光譜強度曲線中，光強最大值的位置對應(yīng)所述變焦鏡頭和光學(xué)元件的最優(yōu)位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測量光學(xué)元件厚度與間隔的方法，其特征在于，所述步驟A中，當(dāng)所述信號強度波動最小或小于預(yù)先設(shè)置的閾值時，所述變焦鏡頭和光學(xué)元件的光軸處于同一直線。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量光學(xué)元件厚度與間隔的方法，其特征在于，在所述步驟A之后，還包括完成多透鏡鏡組第一個或者前幾個透鏡的厚度與間隔測量后，變焦鏡頭內(nèi)部的伺服運動機構(gòu)帶動內(nèi)部變焦鏡組移動，使變焦鏡頭焦距發(fā)生緩慢變化，直到焦距達(dá)到期望光學(xué)表面的位置時，伺服機構(gòu)停止運動，完成后續(xù)單個或幾個透鏡厚度與間隔的測量。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量光學(xué)元件厚度與間隔的方法，其特征在于，在所述步驟A之后，還包括固定變焦鏡頭內(nèi)部變焦鏡組的位置不變，通過伺服機構(gòu)帶動變焦鏡頭或者光學(xué)元件整體移動，使變焦鏡頭焦點達(dá)到期望光學(xué)表面的位置。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量光學(xué)元件厚度與間隔的方法，其特征在于，在所述步驟D中，通過所述第二伺服運動機構(gòu)的自身精度獲取所述光學(xué)元件的厚度和間隔。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量光學(xué)元件厚度與間隔的方法，其特征在于，在所述步驟D中，通過采用與所述第一參考光光路同軸的第三光源的干涉儀，監(jiān)測所述第一參考光光程的變化，獲取所述光學(xué)元件的厚度和間隔，所述第三光源為高相干光源。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的測量光學(xué)元件厚度與間隔的方法，其特征在于，所述步驟D具體包括：
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的測量光學(xué)元件厚度與間隔的方法，其特征在于，在所述步驟D中，還包括通過對光學(xué)元件環(huán)境和延遲線模塊環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，以補償光學(xué)元件環(huán)境空氣折射率和延遲線模塊環(huán)境空氣折射率。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14任一項所述的測量光學(xué)元件厚度與間隔的方法，其特征在于，所述方法還包括對所述第二光源的光強進(jìn)行調(diào)節(jié)，具體為：當(dāng)測量多個光學(xué)面時，會產(chǎn)生多個測量光與參考光的反射信號，當(dāng)所述多個反射信號中的最大峰值強度大于預(yù)先設(shè)定的閾值時，減小所述第二光源的光強；當(dāng)所述多個反射信號中的最小峰值強度小于預(yù)先設(shè)定的閾值時，增加所述第二光源的光強。
16.一種測量光學(xué)元件厚度與間隔的裝置，其特征在于，所述裝置包括測量主機、測量平臺和延遲線模塊，所述測量主機分別與所述測量平臺和延遲線模塊光連接；
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的測量光學(xué)元件厚度與間隔的裝置，其特征在于，所述變焦鏡頭包括第四光源、第三探測器和第二數(shù)據(jù)采集卡，所述第四光源用于向所述光學(xué)元件發(fā)射光線，所述第三探測器用于接收所述光學(xué)元件表面的反射光，所述第二數(shù)據(jù)采集卡用于根據(jù)所述第三探測器接收到的信息，控制所述第一伺服運動機構(gòu)運動。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的測量光學(xué)元件厚度與間隔的裝置，其特征在于，所述測量主機還包括高相干光源干涉儀，所述高相干光源干涉儀包括第三光源、第一光纖耦合器、波分復(fù)用器、光纖反射鏡和第二探測器；所述第三光源發(fā)出的光通過所述第一光纖耦合器，部分光通過所述波分復(fù)用器后到達(dá)所...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種測量光學(xué)元件厚度與間隔的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量光學(xué)元件厚度與間隔的方法，其特征在于，所述步驟a中，集成在變焦鏡頭內(nèi)部的第四光源向光學(xué)元件發(fā)射光線；根據(jù)所述光學(xué)元件表面的反射光的光斑直徑或光譜強度，調(diào)節(jié)所述變焦鏡頭和光學(xué)元件的位置；根據(jù)所述光學(xué)元件表面的反射光的信號強度波動，調(diào)節(jié)所述變焦鏡頭和光學(xué)元件的光軸處于同一直線。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測量光學(xué)元件厚度與間隔的方法，其特征在于，所述步驟a中，當(dāng)所述光學(xué)元件表面的反射光的光斑直徑最小或小于預(yù)先設(shè)置的閾值時，所述變焦鏡頭和光學(xué)元件處于最優(yōu)位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測量光學(xué)元件厚度與間隔的方法，其特征在于，所述步驟a中，在所述光學(xué)元件表面的反射光的光譜強度曲線中，光強最大值的位置對應(yīng)所述變焦鏡頭和光學(xué)元件的最優(yōu)位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測量光學(xué)元件厚度與間隔的方法，其特征在于，所述步驟a中，當(dāng)所述信號強度波動最小或小于預(yù)先設(shè)置的閾值時，所述變焦鏡頭和光學(xué)元件的光軸處于同一直線。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量光學(xué)元件厚度與間隔的方法，其特征在于，所述步驟a中，所述第二光源向光學(xué)元件發(fā)射光線；根據(jù)所述光學(xué)元件表面的反射光的光譜強度，調(diào)節(jié)所述變焦鏡頭和光學(xué)元件的位置；根據(jù)所述光學(xué)元件表面的反射光的信號強度波動，調(diào)節(jié)所述變焦鏡頭和光學(xué)元件的光軸處于同一直線。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測量光學(xué)元件厚度與間隔的方法，其特征在于，所述步驟a中，在所述光學(xué)元件表面的反射光的光譜強度曲線中，光強最大值的位置對應(yīng)所述變焦鏡頭和光學(xué)元件的最優(yōu)位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測量光學(xué)元件厚度與間隔的方法，其特征在于，所述步驟a中，當(dāng)所述信號強度波動最小或小于預(yù)先設(shè)置的閾值時，所述變焦鏡頭和光學(xué)元件的光軸處于同一直線。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量光學(xué)元件厚度與間隔的方法，其特征在于，在所述步驟a之后，還包括完成多透鏡鏡組第一個或者前幾個透鏡的厚度與間隔測量后，變焦鏡頭內(nèi)部的伺服運動機構(gòu)帶動內(nèi)部變焦鏡組移動，使變焦鏡頭焦距發(fā)生緩慢變化，直到焦距達(dá)到期望光學(xué)表面的位置時，伺服機構(gòu)停止運動，完成后續(xù)單個或幾個透鏡厚度與間隔的測量。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量光學(xué)元件厚度與間隔的方法，其特征在于，在所述步驟a之后，還包括固定變焦鏡頭內(nèi)部變焦鏡組的位置不變，通過伺服機構(gòu)帶動變焦鏡頭或者光學(xué)元件整體移動，使變焦鏡頭焦點達(dá)到期望光學(xué)表面的位置。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量光學(xué)元件厚度與間隔的方法，其特征在于，在所述步驟d中，通過所述第二伺服運動機構(gòu)的自身精度獲取所述光...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：請求不公布姓名，請求不公布姓名，
申請(專利權(quán))人：智慧星空上海工程技術(shù)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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