[發明專利]透鏡組鏡面間距的測量裝置和測量方法

有效

• 申請號: 201610012511.4
• 申請日: 2016-01-08
• 公開（公告）號: CN105674903B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）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）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 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

技術領域

本發明涉及測量裝置，特別是一種透鏡組鏡面間距的測量裝置和測量方法。

背景技術

在多數光學系統中，透鏡的中心厚度和透鏡間的間距是決定光學系統性能的關鍵指標，特別是在高精密光學系統中，對透鏡中心厚度和鏡面間距有著嚴格的公差要求。在傳統的光學鏡面間距測量技術中，可以分為接觸式測量和非接觸式測量：接觸式測量主要采用百分表或千分表等對透鏡厚度和鏡面間距進行測量，但容易對透鏡表面造成損傷。非接觸式測量主要包括圖像法、軸向色散法、電容法和差動共焦法等，但上述方法都難以滿足較長光學系統的測量要求。

在現有技術1中，“白光干涉透鏡中心厚度測量系統及方法”(參見中國專利CN 104154869 A)中，公開了一種利用白光干涉對透鏡中心厚度進行測量的測量方法，其通過在掃描參考臂中加入折疊光路的方法增大系統的測量范圍，但需要保證掃描參考臂中所有光學元件的高度穩定性，而且參考光經過角反射鏡、平面反射鏡的多次反射后會有較大的損耗，對待測透鏡組中鏡面反射光中弱信號的提取是不利的，使得測量精度和測量范圍降低。

在現有技術2中，“高精度光學間隔測量裝置和測量方法”(參見中國專利CN 104215176 A)中，公開了一種基于光纖邁克爾遜干涉原理的測量方法，其采用雙光纖耦合器結構實現白光干涉測量結構和激光測長結構的共光路設計，消除環境因素對光纖結構的影響。由于受到制造水平和外形結構尺寸的約束，該專利中的延遲掃描光路用到的電機驅動移動平臺不可能無限加長，這樣就限制了其測量范圍。另外，待測物中的鏡面反射光信號會多次經過光纖耦合器，信號強度會有很大衰減，難以對弱信號進行提取，影響測量范圍和測量精度。

發明內容

本發明的目的是為解決現有鏡面間距測量裝置測量范圍小及測量精度低的技術問題，提出一種透鏡組鏡面間距的測量裝置和測量方法，該方法具有測量范圍大及測量精度高的特點。

本發明解決現有技術問題采用的技術方案如下：

一種透鏡組鏡面間距的測量裝置，其特點在于：包括：低相干光源、激光測長光源、紅光指示光源、第一波分復用器、第二波分復用器、第三波分復用器、光纖耦合器、第一MEMS光開關、第二MEMS光開關、延遲掃描臂、可調焦準直器、四維調整架、待測透鏡組、安裝架、光纖后向反射鏡、第一光電探測器、第二光電探測器、連接光纖、數據采集系統和數據處理單元。

所述的低相干光源和激光測長光源的輸出端分別與所述的第一波分復用器的第一端口和第二端口相連接，所述的第一波分復用器的第三端口與所述的光纖耦合器的第一端口相連接；所述的第一光電探測器和所述的第二光電探測器的輸入端分別與所述的第二波分復用器的第一端口和第二端口相連接，所述的第二波分復用器的第三端口與所述的光纖耦合器的第二端口相連接，所述的第一光電探測器和第二光電探測器的輸出信號通過數據采集系統采集后，由數據處理單元進行處理；所述的第一MEMS光開關具有1個輸入端和N個輸出端，所述的第二MEMS光開關具有N個輸入端和1個輸出端，所述的第一MEMS光開關的N個輸出端分別與所述的第二MEMS光開關對應的的N個輸入端通過不同長度的延遲光纖相連接，形成不同的測量通道，所述的第二MEMS光開關的輸出端與所述的延遲掃描臂中的光纖準直器相連接，所述的第一MEMS光開關的輸入端與光纖耦合器的第三端口相連接；所述的可調焦準直器安裝在四維調整架上，所述的待測透鏡組固定在安裝架上，所述的紅光指示光源的輸出端與所述的可調焦準直器相連接，同時所述的第三波分復用器的第三端口與所述的可調焦準直器相連接，所述的光纖后向反射鏡的輸入端口與所述的第三波分復用器的第二端口相連接，所述的第三波分復用器的第一端口與所述的光纖耦合器的第四端相連接。

所述的低相干光源為超輻射發光二極管，中心波長1310nm，為寬帶光源，相干長度較短，作為測量系統的干涉測量光源。

所述的激光測長光源為分布式反饋激光器，中心波長1550nm，具有良好的單色性，作為測量系統的測長定位光源。

所述的紅色指示光源為激光二極管，發出的紅色指示光用以配合待測透鏡組光軸位置的調節。

所述的第一波分復用器、第二波分復用器和第三波分復用器為1310nm和1550nm的波分復用器，用于低相干測量光束和激光測長光束的分束和合束。

所述的光纖耦合器是工作波長為1310nm和1550nm，分束比為50:50的光纖耦合器，用于低相干測量光束和激光測長光束的耦合。