[發(fā)明專利]光學(xué)鏡組鏡面間隙測量裝置和測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610012510.X
• 申請日: 2016-01-08
• 公開（公告）號: CN105674902B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊寶喜;師中華;胡小邦;魏張帆;李璟;陳明;黃惠杰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所
• 主分類號: G01B11/14
• 分類號: G01B11/14
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司31213
• 代理人: 張澤純,張寧展

1.一種光學(xué)鏡組鏡面間隙測量裝置，為馬赫-曾德干涉儀結(jié)構(gòu)，特征在于包括：低相干光源(1)、激光測長光源(2)、紅光指示光源(3)、第一光纖耦合器(4)、第二光纖耦合器(5)、第三光纖耦合器(6)、第一光纖環(huán)形器(7)、第二光纖環(huán)形器(8)、延遲掃描臂(9)、第一光纖準直器(901)、電機驅(qū)動移動平臺(902)、可移動掃描反射鏡(903)、第二光纖準直器(904)、四維調(diào)整架(10)、可調(diào)焦準直器(11)、測量臂(12)、待測光學(xué)鏡組(1201)、安裝架(1202)、光纖后向反射鏡(13)、光電探測器(14)、平衡光電探測器(15)和連接光纖(16)；所述的低相干光源(1)的輸出端與第一光纖耦合器(4)第一端口相連接，所述的第一光纖環(huán)形器(7)的第一端口和所述的第二光纖環(huán)形器(8)的第一端口分別與所述的第一光纖耦合器(4)第三端口和第四端口相連接；所述的延遲掃描臂(9)的第一光纖準直器(901)的輸入端與所述的第一光纖環(huán)形器(7)的第二端口相連接；所述的光纖后向反射鏡(13)的輸入端和所述的延遲掃描臂(9)的第二光纖準直器(904)的輸入端分別與所述的第三光纖耦合器(6)的第一端口和第二端口相連接；所述的激光測長光源(2)的輸出端和所述的光電探測器(14)的輸入端分別與所述的第三光纖耦合器(6)第三端口和第四端口相連接；所述的可調(diào)焦準直器(11)固定在所述的四維調(diào)整架(10)上，所述的紅光指示光源(3)的輸出端與所述的可調(diào)焦準直器(11)輸入端相連接；所述的第一光纖環(huán)形器(7)的第三端口和所述的第二光纖環(huán)形器(8)的第三端口分別與所述的第二光纖耦合器(5)第一端口和第二端口相連接；所述的平衡光電探測器(15)的兩個輸入端與所述的第二光纖耦合器(5)第三端口和第四端口相連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)鏡組鏡面間隙測量裝置，其特征在于所述的低相干光源(1)為超輻射發(fā)光二極管，中心波長1310nm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)鏡組鏡面間隙測量裝置，其特征在于所述的激光測長光源(2)為分布式反饋激光器，中心波長1550nm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)鏡組鏡面間隙測量裝置，其特征在于所述的第一光纖耦合器(4)和第二光纖耦合器(5)為工作波長1310nm，分束比為50:50光纖耦合器。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)鏡組鏡面間隙測量裝置，其特征在于所述的第三光纖耦合器(6)為工作波長1550nm，分束比為50:50的光纖耦合器。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)鏡組鏡面間隙測量裝置，其特征在于所述的第一光纖環(huán)形器(7)和第二光纖環(huán)形器(8)為工作波長1310nm，三端口的光纖環(huán)形器。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)鏡組鏡面間隙測量裝置，其特征在于所述的光電探測器(14)光譜響應(yīng)范圍為900～1700nm，用于探測1550nm激光測長束所產(chǎn)生的干涉信號。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)鏡組鏡面間隙測量裝置，其特征在于所述的平衡光電探測器(15)光譜響應(yīng)范圍為900～1700nm，用于探測1310nm測量光束所產(chǎn)生的干涉信號。

9.利用權(quán)利要求1所述的光學(xué)鏡組鏡面間隙測量裝置對待測光學(xué)鏡組光學(xué)間距的測量方法，其特征在于該方法包括下列步驟：

①將待測光學(xué)鏡組(1201)固定在安裝架(1202)上，將待測光學(xué)鏡組(1201)放置在可調(diào)焦準直器(11)后600mm～900mm之間的某個位置，將紅光指示光源(3)通過光纖連接到可調(diào)焦準直器(11)的輸入端，打開紅光指示光源(3)，通過四維調(diào)整架(10)調(diào)節(jié)可調(diào)焦準直器(11)使光束匯聚到待測光學(xué)鏡組(1201)內(nèi)部，調(diào)節(jié)所述的可調(diào)焦準直器(11)的光軸指向，使待測光學(xué)鏡組(1201)各表面反射回來的光在所述的可調(diào)焦準直器(11)的鏡面成一個點，則待測光學(xué)鏡組(1201)的光軸與可調(diào)焦準直器(11)的光軸重合；

②關(guān)閉紅光指示光源(3)，將第二光纖環(huán)形器(8)的第二端口的輸出光纖與所述的可調(diào)焦準直器(11)的輸入端相連接，打開所述的低相干光源(1)和激光測長光源(2)，調(diào)節(jié)所述的可調(diào)焦準直器(11)，使待測光學(xué)鏡組(1201)的各表面反射光的耦合強度盡可能強；

③所述的延遲掃描臂(9)的電機驅(qū)動位移平臺(902)，帶動可移動掃描反射鏡(903)進行勻速掃描，使所述的第三光纖耦合器(6)第四端口輸出的激光干涉測長信號輸入到光電探測器(14)中，并通過光電探測器(14)將激光干涉測長信號轉(zhuǎn)換電信號，使所述的第二光纖耦合器(5)第三端口和第四端口輸出的低相干測量信號輸入到平衡光電探測器(15)中，并通過平衡光電探測器(15)將低相干測量信號轉(zhuǎn)換電信號，通過數(shù)據(jù)采集卡同步采集所述的光電探測器(14)和平衡光電探測器(15)輸出的電信號，采集數(shù)據(jù)輸入計算機中；

④計算機利用計算程序定位低相干測量信號中待測光學(xué)鏡組(1201)各個表面對應(yīng)的干涉峰值位置，并確定干涉峰值采樣點的位置，將該采樣點位置對應(yīng)到激光測長干涉信號相同采樣點位置，通過七步相移算法計算出激光測長干涉信號在該采樣點的相位值φ_i，I_i-3～I_i+3是以第i個干涉峰值采樣點位置為中心連續(xù)7個激光測長采樣點的強度值，其計算公式為：

φ=arctan(4(2Ii-Ii-2-Ii+2)Ii-3-7Ii-1+7Ii+1-Ii+3)]]>

通過相位解包裹算法對計算出的相位值進行展開，則待測光學(xué)鏡組(1201)的間隙的物理厚度為：

Dmea=ng,air(λ1)ng(λ1)·nair(λ2)·(φi+1-φi)·λ24π]]>

式中，λ₁為低相干光波長，λ₂為測距激光波長，n_g,air(λ₁)為空氣在光波長λ₁下的群折射率，n_g(λ₁)為所測透鏡組中透鏡材料在光波長λ₁下的群折射率，n_air(λ₂)為空氣在光波長λ₂下的折射率，φ_i+1和φ_i分別為低相干光干涉信號相鄰峰值位置對應(yīng)的激光測長信號采樣點解包裹后的相位值。