光柵尺測長式激光差動共焦曲率半徑測量系統

徐 鵬，趙維謙，王方彪，肖 陽，周桃庚

(北京理工大學 光電學院 精密光電測試儀器及技術北京市重點實驗室，北京 100081)

引言

在現代光學測量領域中，曲率半徑是光學透鏡最基本的參數之一，其精度將直接影響透鏡的焦距等光學參數，而這些參數又在很大程度上影響著光學系統的綜合性能。特別是在高性能光學系統中，透鏡的曲率半徑都需要高精度的測量和檢測。高精度的曲率半徑測量也一直是光學測量領域的一個難點[1-4]，同時人們對曲率半徑測量儀器現場使用的測量精度要求也越來越高。

目前，曲率半徑的高精度非接觸測量方法包括球面干涉法[5-6]、刀口衍射法[7]、自準直法和單模光纖自準直法[5,8]等。其中，基于貓眼-共焦定焦的球面干涉法是目前最常用的曲率半徑高精度非接觸測量方法，該方法是通過對零干涉條紋的判讀來確定貓眼和共焦位置。由于衍射效應的存在，光不能被聚焦于一點，限制了定焦精度，同時由于空氣的擾動，對干涉條紋的穩定性產生很大的影響，曲率半徑的高精度測量難以保證。

為了解決透鏡表面曲率半徑的高精度測量難題，我們提出了激光差動共焦曲率半徑測量方法[9]和共焦曲率半徑測量方法[10]，其中差動共焦曲率半徑測量方法具有定焦靈敏度高等特點，系統使用激光干涉儀作為位置探測器，受環境干擾較大，研發成本高，難以滿足工廠等現場使用要求，因此本文利用差動共焦曲率半徑測量方法構建了光柵尺測長式激光差動共焦曲率半徑測量系統，該系統使用光柵尺測長系統作為位置探測器測量貓眼位置和共焦位置之間的距離，具有開機速度快、抗環境干擾能力強等優點，可應用于工廠或車間等環境中。……