【儀表網 行業標準】近日，由中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所 、中國科學院空天信息創新研究院 、中國標準化研究院 、中國科學院長春光學精密機械與物理研究所 、中國計量科學研究院 、中國科學院光電技術研究所 、長春奧普光電技術股份有限公司 、浙江舜宇光學有限公司 、蘇州慧利儀器有限責任公司 、舟山市質量技術監督檢測研究院等單位起草的國家標準計劃《光電系統中光學中心間距的測定 低相干干涉測量法》征求意見稿發布，并公開征求意見。截止時間2023年4月17 日。
 

　　從手機攝像頭到航天相機，光學成像質量需求越來越高，對核心部件光學鏡頭的精度要求也越來越高。光電系統中光學中心間距決定了各個鏡片的相對位置，其誤差嚴重地影響光學鏡頭的成像質量。通過傳統接觸式的方法測量光學中心間距，容易造成高精度鏡片的損傷，且不能直接測量組裝好的鏡頭。低相干干涉測量方法，利用寬帶光源的低相干特性，實現光電系統中光學中心間距的高精度非接觸測量。不僅可以測量單鏡片的中心厚度，還可以測量組裝后的鏡頭，不需要拆開便可實現多鏡片中心間距的同時測量，并且測量過程中不需要直接接觸鏡片，具有測量快速、安全無損傷，精度高等優點，非常適用于高精度光學鏡頭的裝調與檢測等情形。
 

　　低相干干涉測量方法，是目前行業內公認的高精度光學中心間距測量的主要方法，也是高精度光學中心間距測量技術的主要發展方向。由于缺乏相應的測量方法標準，用戶均依據自己的經驗進行測量，導致測試結果的一致性差，可靠性低，同時影響了測量的準確度和重復性精度。
 

　　目前國內外均有相應的測試設備在應用，國內在此領域的產品技術指標已經達到國際同等水平，但國內和國際上均沒有相應的測量方法標準，亟需制定光學中心間距的低相干干涉測量方法標準，填補國內在光學中心間距的低相干干涉測量方法上的空白。
 

　　本文件按照GB/T 1.1—2020《標準化工作導則 第1部分：標準化文件的結構和起草規則》的規定起草。
 

　　本文件描述了采用低相干干涉測量方法測量光電系統中光學中心間距的原理、測量條件、測量設備、測量步驟、測量數據處理、精密度和測量報告。本文件適用于光電系統中光學中心間距的測量，例如對透鏡、鏡頭光學中心間距的測量及光學平板厚度、間距等的測量。
 

　　原理：
 

　　低相干干涉測量：
 

　　寬帶光源發出的光束經光電耦合器分成兩束，一束進入樣品光路后照射到樣品上發生后向散射；另一束進入參考光路后被參考光路中的反射鏡反射，樣品光路的后向散射光和參考光路反射鏡的反射光經光電耦合器會合，當兩者的光程差小于光源的相干長度時，兩束光發生干涉，通過光電探測器探測到干涉信號。當參考光路和樣品光路的光程差為零時，干涉信號最強。基于相干干涉的原理，利用寬帶光源的低相干特性，通過光電探測器探測等光程時的干涉信號，實現光學面定位的方法。根據信號獲取方式的不同，分為時域相干干涉測量和頻域相干干涉測量。
 

　　時域相干干涉測量：
 

　　基于低相干干涉原理，通過機械運動裝置移動參考光路反射鏡的位置，實現待測樣品不同位置的鏡面(Z1，Z2，Z3……)干涉。當干涉信號最強時，通過測量參考光路反射鏡移動的距離(l1，l2……)，計算得出兩相鄰鏡面之間的光程。用光程除以兩相鄰鏡面之間介質的折射率，得到待測樣品的中心間距。
 

　　頻域相干干涉測量：
 

　　基于低相干干涉原理，利用空間分光譜技術或波長調諧技術，采集到包含頻譜信息的干涉信號，對干涉信號進行傅里葉變換獲取樣品的深度信息。使用標準樣品標定得到頻譜信息與光程之間的對應關系，通過數據處理，得到待測樣品的中心間距。
 

　　譜域相干干涉測量：
 

　　采用寬帶光源，光源發出的光經分束器分為兩束，一束進入參考光路后經反射鏡反射，原路返回分束器；另一束進入樣品光路，經樣品的后向散射或者反射后返回分束器，兩束光在滿足干涉條件的情況下在分束器中發生干涉，由光譜儀獲得干涉信號。
 

　　通過光譜儀中光柵的色散能力對波長進行空間解碼，線掃描探測器對干涉信號進行采集，采集到的干涉信號是關于波長的函數，由傅立葉逆變換實現不同波長的干涉信號的分離，獲取信號中攜帶的樣品深度信息。通過標定獲得樣品深度信息與波長之間的對應關系，最后由計算機進行數據處理，得到待測樣品的中心間距。
 

　　掃頻相干干涉測量：
 

　　掃頻光源是窄脈沖、寬光譜的快速可調諧激光器，能周期性輸出一段寬光譜的光波，在每個周期內，按照時間先后輸出一個可近似認為是單波長的窄帶光束，相當于光源將輸出的光波進行了時間編碼。
 

　　采用掃頻光源，光源發出的光經分束器分為兩束，一束進入參考光路后經反射鏡反射，原路返回分束器；另一束進入樣品光路，由樣品的后向散射或者反射后返回分束器，兩束光在滿足干涉條件的情況下在分束器中發生干涉，由探測器獲得干涉信號。
 

　　光的干涉信號是時間的函數，用探測器探測到不同時間的干涉信號。將采集到的時間域干涉信號通過硬件或插值的方法轉換到波數域，再對信號作傅里葉變換得到信號中攜帶的樣品的深度信息。傅里葉變換得到的深度信息對應于信號像素點，需要標定像素對應的像素距離。兩個表面之間的像素點數乘以像素距離得到兩個表面之間的光程，再除以材料折射率，得到待測樣品的中心間距。
 

　　測量環境：
 

　　測量環境要求如下：a) 測量環境應在室內，常壓條件下，無振動、無陽光直射；b) 測量環境相對濕度：25%~75%；c) 測量的環境溫度：20℃±2℃，環境溫度 24h 內變化量不大于±1℃。
 

　　當測量環境不能滿足此要求時，應將在此環境下對測量設備進行校驗，并將測量樣品放置于測量環境中進行等溫調節，并應在測量報告中注明測量環境情況。
 

　　測量前準備：
 

　　測量前準備工作如下：a) 查看測量設備的檢定情況。若檢定已超過有效期，應采用標準器校驗設備。校準器的制作方法見附錄 A；b) 若測量設備工作環境發生變化，應將測量設備在測量環境中等溫調節 24h 以上；c) 確認樣品信息并將樣品進行等溫調節；d) 記錄測量環境溫度、濕度、氣壓以及樣品等溫調節情況。
 

　　樣品測量：
 

　　樣品測量過程如下：a) 調平樣品調整臺；b) 固定樣品；c) 選擇測量光束類型。當樣品表面為平面時，將測量光束設置為準直光束。當樣品為曲面時，將測量光束設置為聚焦光束，可優先將測量光束聚焦于樣品的上表面或樣品內部；d) 對準光軸。根據顯示的干涉信號強度，調整樣品臺的 4 個方向的自由度，使測量光軸與樣品的軸線重合，測量過程中測量光軸與樣品光軸的對準的準確度，會影響測量的結果，甚至在對準偏差較大的情況下會導致測量結果無效；e) 關閉引導光源；開始測量，并記錄測量數據；f) 每間隔一段時間(不少于 1s)記錄一組測量數據，重復記錄 j(j≥10)組測量數據。
 

　　測量報告：
 

　　測量報告至少應包含下列信息,見附錄D：a) 測量地點和日期；b) 測量環境溫濕度；c) 設備型號、精度、校驗情況；d) 樣品名稱、材料、折射率等有關輸入參數信息；并注明輸入的折射率參數的來源類型，輸入的為實測數據時，標注“輸入實測”，輸入的為理論計算得到的折射率時，應標注“輸入計算”；e) 測量有效性判定：測量結果有效應標注“有效”，測量結果無效應標注“無效”，測量結果未判斷有效性，則應標注“未判定”；f) 測量結果應分別列出實際中心間距值和未經折射率換算的光程值；g) 備注與本文件的任何偏離或任何影響測量結果的因素。
 

　　更多詳情請見附件。