[發明專利]一種高分辨力與自校準光譜共焦位移測量系統

在審

• 申請號: 201611263540.4
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN106802129A
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 李雅燦;景娟娟;周錦松;王向前;王欣;魏立冬;何曉英;卜美俠
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電研究院
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司11260
• 代理人: 鄭立明,鄭哲

1.一種高分辨力光譜共焦位移測量系統，其特征在于，包括：寬光譜光源、光纖、分光鏡、色散物鏡、針孔與Fery棱鏡光譜儀；其中：寬光譜光源通過光纖耦合輸出復色光點光源，復色光點光源透過分光鏡，照射在色散物鏡上，色散物鏡將復色光點光源在光軸方向上分解成若干不同波長的單色光；當被測鏡放置在色散物鏡像平面附近的測量區域時，其中完美聚焦在被測鏡上表面與下表面的兩個波長的單色光將通過分光鏡的反射面反射至針孔，由放置在針孔后的Fery棱鏡光譜儀接收；

由Fery棱鏡光譜儀根據兩個單色光的波長及兩個單色光在探測器上波峰位置之差，確定被測鏡的厚度，也即這兩個波長的單色光軸向測量距離之差；且這兩個波長的單色光軸向測量距離之差與這兩個波長的單色光在探測器上波峰位置之差為常數。

2.根據權利要求1所述的一種高分辨力光譜共焦位移測量系統，其特征在于，

所述色散物鏡將復色光點光源在光軸方向上分解成若干不同波長的單色光，并將不同波長的單色光聚焦在軸向位置的不同高度；所述色散物鏡玻璃材料的折射率與波長成非線性關系，軸向測量距離間隔1mm對應不同波長的間隔也具有非線性，不同波長的單色光被所述被測物體反射回色散物鏡后，通過分光鏡的反射面，反射至針孔，與針孔共軛位置點對應的波長的單色光通過針孔進入Fery棱鏡光譜儀。

3.根據權利要求1或2所述的一種高分辨力光譜共焦位移測量系統，其特征在于，所述Fery棱鏡光譜儀包括：第一與第二反射鏡、雙膠合Fery棱鏡與探測器；其中，通過針孔的單色光經過第一反射鏡反射至雙膠合Fery棱鏡，再經雙膠合Fery棱鏡色散至第二反射鏡，最終由第二反射鏡反射至探測器。

4.一種自校準光譜共焦位移測量系統，其特征在于，包括：寬光譜光源、特定波長為N以及M的激光光源、光纖、分光鏡、色散物鏡、針孔與Fery棱鏡光譜儀；其中，采用多波長光纖耦合技術，將寬譜段光源與特定波長N以及M的激光光源耦合后單光纖輸出；所述寬光譜光源以及兩個特定波長的激光光源共用同一個測量光路；其中，寬光譜光源的光源波長包含特定波長為N與M；

首先，僅打開寬光譜光源，關閉其他兩個特定波長的激光光源；寬光譜光源通過光纖耦合輸出復色光點光源，復色光點光源透過分光鏡，照射在色散物鏡上，色散物鏡將復色光點光源在光軸方向上分解成若干不同波長的單色光，當被測物體放置在色散物鏡像平面附近的測量區域時，其中完美聚焦在被測物體表面的某一波長的單色光將通過分光鏡的反射面反射至針孔，由放置在針孔后的Fery棱鏡光譜儀接收，通過移動被測物體使得各個波長的單色光通過針孔射入Fery棱鏡光譜儀；由所述Fery棱鏡光譜儀獲得相應的單色光波長值與波峰位置的關系表；

當需要對系統進行校準時，打開特定波長為N以及M的激光光源，關閉寬光譜光源；按照與寬光譜光源相同的工作方式，根據獲得特定波長N與其波峰位置關系，以及根據獲得特定波長M與其波峰位置關系對所述關系表進行驗證與校準。

5.根據權利要求4所述的一種自校準光譜共焦位移測量系統，其特征在于，還包括：利用特定波長為N以及M的激光光源檢測單色光的軸向測量距離；

將特定波長為N的激光光源對應的軸向測量距離為Z₁，波峰位置為Y₁；特定波長為M的激光光源對應的軸向測量距離為Z₂，波峰位置為Y₂；

計算待檢測檢測單色光的軸向測量距離Z_i，其公式為：

$Z_i-Z_1=\frac{Z_2-Z_1}{Y_2-Y_1}\×(Y_i-Y_1)$

其中，Y_i為待檢測檢測單色光通過與寬光譜光源相同的工作方式后由Fery棱鏡光譜儀獲得的波峰位置。