《光电系统中光学中心间距的测定 低相干干涉测量法》征求意见
- 2023/2/17 9:24:01 28687
- 来源：仪表网
【仪表网 行业标准】近日，由中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 、中国科学院空天信息创新研究院 、中国标准化研究院 、中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 、中国计量科学研究院 、中国科学院光电技术研究所 、长春奥普光电技术股份有限公司 、浙江舜宇光学有限公司 、苏州慧利仪器有限责任公司 、舟山市质量技术监督检测研究院等单位起草的国家标准计划《光电系统中光学中心间距的测定 低相干干涉测量法》征求意见稿发布，并公开征求意见。截止时间2023年4月17 日。
从手机摄像头到航天相机，光学成像质量需求越来越高，对核心部件光学镜头的精度要求也越来越高。光电系统中光学中心间距决定了各个镜片的相对位置，其误差严重地影响光学镜头的成像质量。通过传统接触式的方法测量光学中心间距，容易造成高精度镜片的损伤，且不能直接测量组装好的镜头。低相干干涉测量方法，利用宽带光源的低相干特性，实现光电系统中光学中心间距的高精度非接触测量。不仅可以测量单镜片的中心厚度，还可以测量组装后的镜头，不需要拆开便可实现多镜片中心间距的同时测量，并且测量过程中不需要直接接触镜片，具有测量快速、安全无损伤，精度高等优点，非常适用于高精度光学镜头的装调与检测等情形。
低相干干涉测量方法，是目前行业内公认的高精度光学中心间距测量的主要方法，也是高精度光学中心间距测量技术的主要发展方向。由于缺乏相应的测量方法标准，用户均依据自己的经验进行测量，导致测试结果的一致性差，可靠性低，同时影响了测量的准确度和重复性精度。
目前国内外均有相应的测试设备在应用，国内在此领域的产品技术指标已经达到国际同等水平，但国内和国际上均没有相应的测量方法标准，亟需制定光学中心间距的低相干干涉测量方法标准，填补国内在光学中心间距的低相干干涉测量方法上的空白。
本文件按照GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
本文件描述了采用低相干干涉测量方法测量光电系统中光学中心间距的原理、测量条件、测量设备、测量步骤、测量数据处理、精密度和测量报告。本文件适用于光电系统中光学中心间距的测量，例如对透镜、镜头光学中心间距的测量及光学平板厚度、间距等的测量。
原理：
低相干干涉测量：
宽带光源发出的光束经光电耦合器分成两束，一束进入样品光路后照射到样品上发生后向散射；另一束进入参考光路后被参考光路中的反射镜反射，样品光路的后向散射光和参考光路反射镜的反射光经光电耦合器会合，当两者的光程差小于光源的相干长度时，两束光发生干涉，通过光电探测器探测到干涉信号。当参考光路和样品光路的光程差为零时，干涉信号最强。基于相干干涉的原理，利用宽带光源的低相干特性，通过光电探测器探测等光程时的干涉信号，实现光学面定位的方法。根据信号获取方式的不同，分为时域相干干涉测量和频域相干干涉测量。
时域相干干涉测量：
基于低相干干涉原理，通过机械运动装置移动参考光路反射镜的位置，实现待测样品不同位置的镜面(Z1，Z2，Z3……)干涉。当干涉信号最强时，通过测量参考光路反射镜移动的距离(l1，l2……)，计算得出两相邻镜面之间的光程。用光程除以两相邻镜面之间介质的折射率，得到待测样品的中心间距。
频域相干干涉测量：
基于低相干干涉原理，利用空间分光谱技术或波长调谐技术，采集到包含频谱信息的干涉信号，对干涉信号进行傅里叶变换获取样品的深度信息。使用标准样品标定得到频谱信息与光程之间的对应关系，通过数据处理，得到待测样品的中心间距。
谱域相干干涉测量：
采用宽带光源，光源发出的光经分束器分为两束，一束进入参考光路后经反射镜反射，原路返回分束器；另一束进入样品光路，经样品的后向散射或者反射后返回分束器，两束光在满足干涉条件的情况下在分束器中发生干涉，由光谱仪获得干涉信号。
通过光谱仪中光栅的色散能力对波长进行空间解码，线扫描探测器对干涉信号进行采集，采集到的干涉信号是关于波长的函数，由傅立叶逆变换实现不同波长的干涉信号的分离，获取信号中携带的样品深度信息。通过标定获得样品深度信息与波长之间的对应关系，最后由计算机进行数据处理，得到待测样品的中心间距。
扫频相干干涉测量：
扫频光源是窄脉冲、宽光谱的快速可调谐激光器，能周期性输出一段宽光谱的光波，在每个周期内，按照时间先后输出一个可近似认为是单波长的窄带光束，相当于光源将输出的光波进行了时间编码。
采用扫频光源，光源发出的光经分束器分为两束，一束进入参考光路后经反射镜反射，原路返回分束器；另一束进入样品光路，由样品的后向散射或者反射后返回分束器，两束光在满足干涉条件的情况下在分束器中发生干涉，由探测器获得干涉信号。
光的干涉信号是时间的函数，用探测器探测到不同时间的干涉信号。将采集到的时间域干涉信号通过硬件或插值的方法转换到波数域，再对信号作傅里叶变换得到信号中携带的样品的深度信息。傅里叶变换得到的深度信息对应于信号像素点，需要标定像素对应的像素距离。两个表面之间的像素点数乘以像素距离得到两个表面之间的光程，再除以材料折射率，得到待测样品的中心间距。
测量环境：
测量环境要求如下：a) 测量环境应在室内，常压条件下，无振动、无阳光直射；b) 测量环境相对湿度：25%~75%；c) 测量的环境温度：20℃±2℃，环境温度 24h 内变化量不大于±1℃。
当测量环境不能满足此要求时，应将在此环境下对测量设备进行校验，并将测量样品放置于测量环境中进行等温调节，并应在测量报告中注明测量环境情况。
测量前准备：
测量前准备工作如下：a) 查看测量设备的检定情况。若检定已超过有效期，应采用标准器校验设备。校准器的制作方法见附录 A；b) 若测量设备工作环境发生变化，应将测量设备在测量环境中等温调节 24h 以上；c) 确认样品信息并将样品进行等温调节；d) 记录测量环境温度、湿度、气压以及样品等温调节情况。
样品测量：
样品测量过程如下：a) 调平样品调整台；b) 固定样品；c) 选择测量光束类型。当样品表面为平面时，将测量光束设置为准直光束。当样品为曲面时，将测量光束设置为聚焦光束，可优先将测量光束聚焦于样品的上表面或样品内部；d) 对准光轴。根据显示的干涉信号强度，调整样品台的 4 个方向的自由度，使测量光轴与样品的轴线重合，测量过程中测量光轴与样品光轴的对准的准确度，会影响测量的结果，甚至在对准偏差较大的情况下会导致测量结果无效；e) 关闭引导光源；开始测量，并记录测量数据；f) 每间隔一段时间(不少于 1s)记录一组测量数据，重复记录 j(j≥10)组测量数据。
测量报告：
测量报告至少应包含下列信息,见附录D：a) 测量地点和日期；b) 测量环境温湿度；c) 设备型号、精度、校验情况；d) 样品名称、材料、折射率等有关输入参数信息；并注明输入的折射率参数的来源类型，输入的为实测数据时，标注“输入实测”，输入的为理论计算得到的折射率时，应标注“输入计算”；e) 测量有效性判定：测量结果有效应标注“有效”，测量结果无效应标注“无效”，测量结果未判断有效性，则应标注“未判定”；f) 测量结果应分别列出实际中心间距值和未经折射率换算的光程值；g) 备注与本文件的任何偏离或任何影响测量结果的因素。
更多详情请见附件。
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