基于偏振衍射色散共焦的光學元件軸向間距測量

寧悅文，胡 搖，陶 鑫，郝 群

（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

在精密光學系統中，光學元件的軸向精確定位是至關重要的。例如，在微型成像系統、顯微物鏡、手機鏡頭等精密測量系統中，光學元件裝配的微小偏差都會引起像差，從而降低系統性能[1-3]。因此，對光學元件軸向間距進行高精度、非接觸的測量，對減小裝配過程中的誤差，改善光學系統的成像性能具有重要意義。

在早期的光學元件間距測量中，常采用接觸測高儀[4]的方法，在測量中容易損害光學元件表面，并且難以準確確定被測鏡頭頂點的位置，測量精度有限。相比之下，非接觸式的光電測量方法有效避免了上述問題，例如低相干光干涉法[5-7]、激光差動共焦法[8]、色散共焦法[9-11]等。然而，低相干光干涉法和激光差動共焦法在測量中都需進行軸向掃描，測量實時性差。

色散共焦法利用色散物鏡產生軸向色差，通過分析被測物表面反射回的光譜信號，得到被測物的位置信息，具有高精度、高實時性的優勢。可以應用于透明物體厚度測量[12-13]，如文獻[13]對厚度為11 mm 的k9 玻璃平板進行厚度測量，測量精度為1 μm。受到色散物鏡色散能力的限制，色散共焦系統測量范圍小，主要應用于小型及輕薄光學元件的厚度測量，難以滿足光學元件軸向間距測量范圍要求。在色散共焦測量系統中，色散物鏡是決定系統性能的關鍵元件，用于實現對波長、位移的編碼。……