52, 081202(2015)
激光与光电子学进展
Laser & Optoelectronics Progress
©2015《中国激光》杂志社
081202-1
透镜中心厚度测量系统出射光光谱的研究
周 勇
1, 2
郭帮辉
1
李 灿
1
孙 强
1
1
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2
中国科学院大学, 北京 100049
摘要 透镜中心厚度测 量设备是基于色差共焦原 理 ,能快速自动测量 透镜的中心厚度,且 不接触透镜表面的一种新
型设备。通过对该测量系统出射光光谱 的研究,得到影响光谱带宽及系统测量精度的因 素。研究结果表明,对于峰
值波长
λ
0
的光,其在系统中的像方数值孔径
NA
,以及小孔半径
r
均会对出射光的光谱有影响。
NA
越大,出射光带
宽越小,系统测量 精 度越高;
r
越小,出射光带宽 越 小,系统测量精度越高。根据这一研究 结 果进行测量系统的设计
与仿真,确定了能满足系统测量精度要求的 NA 和小孔半径 r。
关键词 测量; 色差共焦; 透镜中心厚度测量系统; 出射光光谱; 测量精度; 系统设计
中图分类号 TH741; O439 文献标识码 A
doi: 10.3788/LOP52.081202
Research on Spectrum Bandwidth of Emergent Light in Lens Center
Thickness Measurement System
Zhou Yong
1, 2
Guo Banghui
1
Li Can
1
Sun Qiang
1
1
Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences,
Changchun, Jilin 130033, China
2
University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Abstract The equipment based on confocal principle is a kind of new setup, which can fast and automatically
measure center thickness of lens without contact of lens surfaces. We investigate the spectral bandwidth of
emergent light in order to obtain the factors influencing the spectrum bandwidth and the measurement
precision. The result shows that the numerical aperture on image side and the confocal hole radius are the main
factors. When the numerical aperture is larger, the spectral bandwidth is smaller and the measurement precision
is higher. What is more, when the hole radius is smaller, the spectral bandwidth is smaller and the measurement
precision is higher, too. Then, we adopt the result to guide the design and simulation, and we get a better
numerical aperture and confocal hole radius, which can realize the precision of the measurement system.
Key words measurement; chromatic confocal; lens center thickness measuring system; emergent light
spectrum; measurement accuracy; system design
OCIS codes 300.3700; 120.4820; 120.4570
1 引 言
色差共焦系统在测量领域有着广泛的应用,如面轮廓及形貌的测量,微纳米量级精细结构的测量,半导
体工业和汽车制造业中的位移测量,光学玻璃及生物薄膜的厚度测量等
[1-7]
。透镜中心厚度是光学系统的一
个重要参数,其加工质量的好坏将影响到系统的焦距以及其成像质量。本文所介绍的正是在色差共焦系统
的基础上构建的透镜中心厚度测量系统。
本文 分别 采用几何光学和物理光学的方 法,对该系 统出 射光光谱进行分析,得 到影响该系统出射光光
谱带宽的因素。最终根据研究结果,对该系统的设计进行指导。
收稿日期: 2015-03-18; 收到修改稿日期: 2015-04-13; 网络出版日期: 2015-07-11
基金项目: 国家重大科学仪器设备开发专项(2013YQ14051702)
作者简介: 周 勇(1990—),男,硕士研究生,主要从事光学设计方面的研究。E-mail: 347773617@qq.com
导师简介: 孙 强(1971—),男,博士,研究员,主要从事光学系统设计等方面的研究。E-mail: sunq@ciomp.ac.cn