后置分光瞳差动共焦曲率半径测量

李彦宏; 杨帅; 唐顺; 赵维谦; 邱丽荣

doi:10.37188/OPE.2021.0122

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后置分光瞳差动共焦曲率半径测量

更新时间：2021-07-23

- 后置分光瞳差动共焦曲率半径测量
- Detecting divided aperture laser differential confocal radius measurement
- 光学精密工程 2021年页码：1-8
- 作者机构：
  
  北京理工大学光电学院精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室，北京 100081
- 作者简介：
  
  E-mail： qiugrass@126.com
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划项目资助(2017YFA0701203)
- DOI：10.37188/OPE.2021.0122
  中图分类号： TH741
- 收稿日期：2021-03-05，
  
  修回日期：2021-03-30，
- 稿件说明：
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李彦宏,杨帅,唐顺等.后置分光瞳差动共焦曲率半径测量[J].光学精密工程,

LI Yan-hong,YANG Shuai,TANG Shun,et al.Detecting divided aperture laser differential confocal radius measurement[J].Optics and Precision Engineering,
李彦宏,杨帅,唐顺等.后置分光瞳差动共焦曲率半径测量[J].光学精密工程, DOI：10.37188/OPE.2021.0122

LI Yan-hong,YANG Shuai,TANG Shun,et al.Detecting divided aperture laser differential confocal radius measurement[J].Optics and Precision Engineering, DOI：10.37188/OPE.2021.0122

摘要

为了提高曲率半径的测量精度，提出后置分光瞳激光差动共焦曲率半径测量新方法。本文对后置分光瞳差动共焦测量原理、虚拟针孔定位算法进行研究。首先，在共焦测量系统的探测光路中通过D型光阑遮挡，使一半测量光束聚焦在焦面探测CCD，接着，采用虚拟针孔定位算法对该CCD探测的艾里斑进行分割焦斑差动相减归一化探测，然后利用差动共焦曲线的零点对被测件的“共焦”位置和“猫眼”位置进行精确定焦并测得它们之间的距离，最终实现曲率半径的高精度测量。实验和分析表明：该方法测量曲率半径为

121.209 4 mm，测量重复性优于5×10

-6

，而且无需根据测量物镜和被测镜的参数进行硬件调整。不仅满足曲率半径高精度测量需求，还实现光路结构的简化和研制装调成本缩减，为曲率半径高精度、快捷测量提供新途径。

Abstract

In order to improve the measurement accuracy of curvature radius， a new method of detecting divided aperture laser differential confocal radius measurement is proposed. In this paper， the principle of this new measurement and the algorithm of virtual pinhole positioning are studied. Firstly， the detection light path of the confocal measurement system is blocked by a D-type aperture， so that half of the measurement beam is focused on the focal plane detection CCD. Next， the Airy disk detected by the CCD is divided into focal spot differential subtraction normalized detection using the virtual pinhole positioning algorithm， and then use the zero point of the differential confocal curve to accurately determine the focus of the "confocal" position and the "cat's eye" position of the test lens and measure the distance between them. Finally a high-precision measurement of the radius of curvature is achieved. Experiments and analysis show that the radius of curvature measured by this method is -121.209 4 mm， and the repeatability is better than 5×10

-6

， and there is no need to adjust the hardware according to the parameters of the measuring objective lens and the tested lens. It not only meets the requirements for high-precision measurement of the radius of curvature， but also realizes the simplification of the optical path structure and the reduction of the cost of structure and adjustment， providing a new way for high-precision and quick measurement of the radius of curvature.

关键词

Keywords

references

ALVARADO-MARTÍNEZ J ， CAMACHO BELLO C J ， VAZQUEZ Y MONTIEL S . Optical spherometer for measuring large curvature radii of convex surfaces ［C］. Current Developments in Lens Design and Optical Engineering XVIII. August 6 - 10 ， 2017 . San Diego ， USA . SPIE ， 2017 ： 1037515 .

林旭东，陈涛，明名，等 . 球面拼接镜的相对曲率半径测量［J］. 光学精密工程， 2010 ， 18 （ 1 ）： 75 - 82 .

LIN X D ， CHEN T ， MING M ， et al . Measurement of relative curvature radius for spherical segmented mirrors ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2010 ， 18 （ 1 ）： 75 - 82 . （in Chinese）

彭利荣，王东方，马占龙，等 . 三坐标检测光学元件曲率半径的误差分析［J］. 电子测量与仪器学报， 2014 ， 28 （ 11 ）： 1235 - 1241 .

PENG L R ， WANG D F ， MA ZH L ， et al . Error analysis of optical element curvature radius measured by CMM ［J］. Journal of Electronic Measurement and Instrumentation ， 2014 ， 28 （ 11 ）： 1235 - 1241 . （in Chinese）

杨李茗，叶海仙 . 大口径大曲率半径光学元件的高精度检测［J］. 光学精密工程， 2011 ， 19 （ 6 ）： 1207 - 1212 .

YANG L M ， YE H X . High-precision metrology for optical components with large-apertures and large radii of curvature ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2011 ， 19 （ 6 ）： 1207 - 1212 . （in Chinese）

SHEN Y ， WANG P ， ZHANG H ， et al . Comparison and analysis on the accurate measurement of spherical curvature radius ［C］. Proc SPIE ， 10839 ， 2019 ， 1083 ： 108391 V.

J. L G . Optical Shop Testing ［M］. 2010 .

EL-SADEK I GABD ， RAMADAN W A ， NAWAREG M ， et al . Variable wavelength Newton's rings formed in transmission for measuring radius of curvature and sub-micrometric thin film thickness ［J］. Indian Journal of Physics ， 2020 ， 94 （ 8 ）： 1271 - 1277 .

BITOU Y ， TAKEI Y ， TELADA S . Accurate and wide-range radius of curvature measurement directly linked to a time standard using a Fabry-Pérot cavity ［J］. Precision Engineering ， 2018 ， 54 ： 149 - 153 .

BITOU Y ， SATO O ， TELADA S . Three-spherical-mirror test for radius of curvature measurement using a Fabry-Pérot cavity ［J］. Optics Express ， 2019 ， 27 （ 10 ）： 13664 - 13674 .

陈好，张浩，樊红英，等 . 基于泰伯-莫尔条纹的激光波前曲率半径测量［J］. 激光技术， 2018 ， 42 （ 2 ）： 156 - 160 .

CHEN H ， ZHANG H ， FAN H Y ， et al . Measurement of laser wavefront curvature radius based on Talbot-Moiré fringe ［J］. Laser Technology ， 2018 ， 42 （ 2 ）： 156 - 160 . （in Chinese）

MORRIS M N ， FREY E . Short coherence dynamic FiZeau interferometer with internal path matching for radius of curvature measurement ［C］. SPIE Optical Engineering+Applications. Proc SPIE 10749 ， Interferometry XIX， San Diego， California， USA ， 2018 ， 1074 ： 1074910 .

ALSALAMAH R ， REARDON P J . Simplified physical model of interferometric radius of curvature test using the yybar diagram ［J］. Optical Engineering ， 2019 ， 58 （ 9 ）： 95101 - 95104 .

赵智亮，刘敏，陈立华，等 . Φ200mm口径长焦距球面干涉测试及装备［J］. 中国光学， 2019 ， 12 （ 4 ）： 867 - 872 .

ZHAO ZH L ， LIU M ， CHEN L H ， et al . Φ200 mm long focal length spherical interference test and equipment ［J］. Chinese Optics ， 2019 ， 12 （ 4 ）： 867 - 872 . （in Chinese）

邱丽荣，李佳，赵维谦，等 . 激光共焦透镜曲率半径测量系统［J］. 光学精密工程， 2013 ， 21 （ 2 ）： 246 - 252 .

QIU L R ， LI J ， ZHAO W Q ， et al . Laser confocal measurement system for curvature radii of lenses ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2013 ， 21 （ 2 ）： 246 - 252 . （in Chinese）

ZHAO W Q ， SUN R D ， QIU L R ， et al . Laser differential confocal radius measurement ［J］. Optics Express ， 2010 ， 18 （ 3 ）： 2345 - 2360 .

XIAO Y ， QIU L R ， ZHAO W Q . Laser reflection differential confocal large-radius measurement for concave surfaces ［J］. Applied Optics ， 2018 ， 57 （ 23 ）： 6693 - 6698 .

卜乙禄，李琦，李彦宏，等 . 激光差动共焦反射式超大曲率半径测量系统研制［J］. 电子测量与仪器学报， 2020 ， 34 （ 5 ）： 1 - 8 .

BU Y L ， LI Q ， LI Y H ， et al . Development of laser reflection differential confocal ultra-large radius measurement system ［J］. Journal of Electronic Measurement and Instrumentation ， 2020 ， 34 （ 5 ）： 1 - 8 . （in Chinese）

邱丽荣，王超峰，赵维谦 . 球面惯性元件激光共焦曲率半径测量系统［J］. 中国惯性技术学报， 2019 ， 27 （ 2 ）： 266 - 271 .

QIU L R ， WANG CH F ， ZHAO W Q . Laser confocal radius measurement system for spherical inertial elements ［J］. Journal of Chinese Inertial Technology ， 2019 ， 27 （ 2 ）： 266 - 271 . （in Chinese）

赵维谦，王龙肖，邱丽荣，等 . 激光聚变靶丸内表面轮廓测量系统的研制［J］. 光学精密工程， 2019 ， 27 （ 5 ）： 1013 - 1023 .

ZHAO W Q ， WANG L X ， QIU L R ， et al . Development of inner-surface profile measurement system for ICF capsule ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2019 ， 27 （ 5 ）： 1013 - 1023 . （in Chinese）

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