透镜组镜面间距的测量装置和测量方法制造方法及图纸

一种透镜组镜面间距的测量装置和测量方法，装置包括：低相干光源、激光测长光源、红光指示光源、第一波分复用器、第二波分复用器、第三波分复用器、光纤耦合器、第一MEMS光开关、第二MEMS光开关、延迟扫描臂、可调焦准直器、四维调整架、待测透镜组、安装架、光纤后向反射镜、第一光电探测器、第二光电探测器、连接光纤、数据采集系统、数据处理单元。本发明专利技术具有测量范围大及测量精度高的特点，测量精度可达到亚微米量级，可用于光学镜组的高精度装调。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及测量装置，特别是一种透镜组镜面间距的测量装置和测量方法。
技术介绍
在多数光学系统中，透镜的中心厚度和透镜间的间距是决定光学系统性能的关键指标，特别是在高精密光学系统中，对透镜中心厚度和镜面间距有着严格的公差要求。在传统的光学镜面间距测量技术中，可以分为接触式测量和非接触式测量：接触式测量主要采用百分表或千分表等对透镜厚度和镜面间距进行测量，但容易对透镜表面造成损伤。非接触式测量主要包括图像法、轴向色散法、电容法和差动共焦法等，但上述方法都难以满足较长光学系统的测量要求。在现有技术1中，“白光干涉透镜中心厚度测量系统及方法”(参见中国专利CN104154869A)中，公开了一种利用白光干涉对透镜中心厚度进行测量的测量方法，其通过在扫描参考臂中加入折叠光路的方法增大系统的测量范围，但需要保证扫描参考臂中所有光学元件的高度稳定性，而且参考光经过角反射镜、平面反射镜的多次反射后会有较大的损耗，对待测透镜组中镜面反射光中弱信号的提取是不利的，使得测量精度和测量范围降低。在现有技术2中，“高精度光学间隔测量装置和测量方法”(参见中国专利CN104215176A)中，公开了一种基于光纤迈克尔逊干涉原理的测量方法，其采用双光纤耦合器结构实现白光干涉测量结构和激光测长结构的共光路设计，消除环境因素对光纤结构的影响。由于受到制造水平和外形结构尺寸的约束，该专利中的延迟扫描光路用到的电机驱动移动平台不可能无限加长，这样就限制了其测量范围。另外，待测物中的镜面反射光信号会多次经过光纤耦合器，信号强度会有很大衰减，难以对弱信号进行提取，影响测量范围和测量精度。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决现有镜面间距测量装置测量范围小及测量精度低的技术问题，提出一种透镜组镜面间距的测量装置和测量方法，该方法具有测量范围大及测量精度高的特点。本专利技术解决现有技术问题采用的技术方案如下：一种透镜组镜面间距的测量装置，其特点在于：包括：低相干光源、激光测长光源、红光指示光源、第一波分复用器、第二波分复用器、第三波分复用器、光纤耦合器、第一MEMS光开关、第二MEMS光开关、延迟扫描臂、可调焦准直器、四维调整架、待测透镜组、安装架、光纤后向反射镜、第一光电探测器、第二光电探测器、连接光纤、数据采集系统和数据处理单元。所述的低相干光源和激光测长光源的输出端分别与所述的第一波分复用器的第一端口和第二端口相连接，所述的第一波分复用器的第三端口与所述的光纤耦合器的第一端口相连接；所述的第一光电探测器和所述的第二光电探测器的输入端分别与所述的第二波分复用器的第一端口和第二端口相连接，所述的第二波分复用器的第三端口与所述的光纤耦合器的第二端口相连接，所述的第一光电探测器和第二光电探测器的输出信号通过数据采集系统采集后，由数据处理单元进行处理；所述的第一MEMS光开关具有1个输入端和N个输出端，所述的第二MEMS光开关具有N个输入端和1个输出端，所述的第一MEMS光开关的N个输出端分别与所述的第二MEMS光开关对应的的N个输入端通过不同长度的延迟光纤相连接，形成不同的测量通道，所述的第二MEMS光开关的输出端与所述的延迟扫描臂中的光纤准直器相连接，所述的第一MEMS光开关的输入端与光纤耦合器的第三端口相连接；所述的可调焦准直器安装在四维调整架上，所述的待测透镜组固定在安装架上，所述的红光指示光源的输出端与所述的可调焦准直器相连接，同时所述的第三波分复用器的第三端口与所述的可调焦准直器相连接，所述的光纤后向反射镜的输入端口与所述的第三波分复用器的第二端口相连接，所述的第三波分复用器的第一端口与所述的光纤耦合器的第四端相连接。所述的低相干光源为超辐射发光二极管，中心波长1310nm，为宽带光源，相干长度较短，作为测量系统的干涉测量光源。所述的激光测长光源为分布式反馈激光器，中心波长1550nm，具有良好的单色性，作为测量系统的测长定位光源。所述的红色指示光源为激光二极管，发出的红色指示光用以配合待测透镜组光轴位置的调节。所述的第一波分复用器、第二波分复用器和第三波分复用器为1310nm和1550nm的波分复用器，用于低相干测量光束和激光测长光束的分束和合束。所述的光纤耦合器是工作波长为1310nm和1550nm，分束比为50:50的光纤耦合器，用于低相干测量光束和激光测长光束的耦合。所述的第一MEMS光开关和第二MEMS光开关为工作波长1310nm和1550nm的微机电光开关，其对应端口之间用不同长度的光纤连接，组合成具有不同光程的通道，通过切换通道使其具有不同的测量区间。所述的延迟扫描臂包括光纤准直器、可移动扫描反射镜和电机驱动位移平台。光纤准直器放置于延迟扫描臂的最前端，延迟扫描臂通过光纤准直器与第二MEMS光开关连接，低相干测量光束通过光纤准直器准直后入射到可移动扫描反射镜上并反射回到第二MEMS光开关中，通过第二MEMS光开关和第一MEMS光开关后进入光纤耦合器中；可移动扫描反射镜安装在一个电机驱动位移平台上，测量过程中以一定的速度匀速运动，其位置由激光测长光束分别在光纤后向反射镜和可移动扫描反射镜的反射光束所产生的干涉信号得到。所述的光纤后向反射镜作为激光测长光束的参考反射臂。所述的第一光电探测器用于探测1310nm低相干测量光束所产生的干涉信号。所述的第二光电探测器用于探测1550nm激光测长光束所产生的干涉信号。所述的数据采集系统用于干涉信号的同步采集。所述的数据处理单元用于峰值定位及镜面间距计算。测量装置中低相干光源发出的光束和激光测长光源发出的光束通过波分复用器合并为一束，经过光纤耦合器后分为两束(每一束中都包含1310nm低相干测量光束和1550nm激光测长光束)，其中一束通过第一MEMS光开关和第二MEMS光开关进入延迟扫描臂，光束通过光准直器准直后被可移动扫描反射镜所反射，反射光束通过第二MEMS光开关和第一MEMS光开关进入光纤耦合器中；另一束通过第三波分复用器分为1310nm低相干测量光束和1550nm激光测长光束，1550nm激光测长光束经过光纤后向反射镜反射后通过第三波分复用器返回到光纤耦合器中，1310nm低相干测量光束通过可调焦准直器聚焦在待测透镜组的内部，待测透镜组各表面的反射光束通过波分复用器进入光纤耦合器中。扫描反射镜在扫描过程中，当低相干测量光束的反射光束与待测透镜组中某一反射面的反射光束的光程差为零时，会在光纤耦合器中产生干涉峰值，同时测长光束的反射光束与光纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种透镜组镜面间距的测量装置，其特征在于：包括低相干光源(1)、激光测长光源(2)、红光指示光源(3)、第一波分复用器(4)、第二波分复用器(5)、第三波分复用器(6)、光纤耦合器(7)、第一MEMS光开关(8)、第二MEMS光开关(9)、延迟扫描臂(10)、四维调整架(11)、可调焦准直器(12)、待测透镜组(13)、安装架(14)、光纤后向反射镜(15)、第一光电探测器(16)、第二光电探测器(17)、数据采集系统(19)和数据处理单元(20)，所述的延迟扫描臂(10)包括光纤准直器(1001)、电机驱动移动平台(1002)和可移动扫描反射镜(1003)，所述的可移动扫描反射镜(1003)置于所述的电机驱动移动平台(1002)上；所述的低相干光源(1)和激光测长光源(2)的输出端分别通过光纤(18)与所述的第一波分复用器(4)的第一端口(Ⅰ)和第二端口(Ⅱ)相连，所述的第一波分复用器(4)的第三端口(Ⅲ)通过光纤(18)与所述的光纤耦合器(7)的第一端口(Ⅰ)相连接；所述的第二波分复用器(5)的第一端口(Ⅰ)通过光纤(18)和所述的光纤耦合器(7)的第二端口(Ⅱ)相连，所述的第一MEMS光开关(8)具有1个输入端和N个输出端，所述的第二MEMS光开关(9)具有N个输入端和1个输出端，所述的第一MEMS光开关(8)的N个输出端分别与所述的第二MEMS光开关(9)对应的N个输入端通过不同长度的延迟光纤相连接，形成不同长度的测量通道的开关组，所述的第一MEMS光开关(8)的输入端通过光纤(18)与光纤耦合器(7)的第三端口(Ⅲ)相连接，所述的第二MEMS光开关(9)的输出端与所述的延迟扫描臂(10)中的光纤准直器(1001)相连接；所述的光纤耦合器(7)的第四端(Ⅳ)通过光纤(18)与所述的第三波分复用器(6)的第一端口(Ⅰ)相连，所述的第三波分复用器(6)的第二端口(Ⅱ)通过光纤(18)与所述的光纤后向反射镜(15)的输入端口相连，所述的第三波分复用器(6)的第一端口(Ⅰ)通过光纤(18)与所述的光纤耦合器(7)的第四端(Ⅳ)相连接，所述的第三波分复用器(6)的第三端口(Ⅲ)具有连接光纤(18)，所述的红光指示光源(3)的输出端具有连接光纤(18)，所述的可调焦准直器(12)安装在四维调整架(11)上，所述的待测透镜组(13)固定在所述的安装架(14)上；所述的第一光电探测器(16)和所述的第二光电探测器(17)的输入端分别通过光纤(18)与所述的第二波分复用器(5)的第一端口(Ⅰ)和第二端口(Ⅱ)相连，所述的第一光电探测器(15)和第二光电探测器(16)的输出端经所述的数据采集系统(19)与所述的数据处理单元(20)相连。...

【技术特征摘要】
1.一种透镜组镜面间距的测量装置，其特征在于：包括低相干光源(1)、激光测长光源
(2)、红光指示光源(3)、第一波分复用器(4)、第二波分复用器(5)、第三波分复用器(6)、光
纤耦合器(7)、第一MEMS光开关(8)、第二MEMS光开关(9)、延迟扫描臂(10)、四维调整架
(11)、可调焦准直器(12)、待测透镜组(13)、安装架(14)、光纤后向反射镜(15)、第一光电探
测器(16)、第二光电探测器(17)、数据采集系统(19)和数据处理单元(20)，所述的延迟扫描
臂(10)包括光纤准直器(1001)、电机驱动移动平台(1002)和可移动扫描反射镜(1003)，所
述的可移动扫描反射镜(1003)置于所述的电机驱动移动平台(1002)上；
所述的低相干光源(1)和激光测长光源(2)的输出端分别通过光纤(18)与所述的第一
波分复用器(4)的第一端口(Ⅰ)和第二端口(Ⅱ)相连，所述的第一波分复用器(4)的第三端
口(Ⅲ)通过光纤(18)与所述的光纤耦合器(7)的第一端口(Ⅰ)相连接；所述的第二波分复用
器(5)的第一端口(Ⅰ)通过光纤(18)和所述的光纤耦合器(7)的第二端口(Ⅱ)相连，所述的
第一MEMS光开关(8)具有1个输入端和N个输出端，所述的第二MEMS光开关(9)具有N个输入
端和1个输出端，所述的第一MEMS光开关(8)的N个输出端分别与所述的第二MEMS光开关(9)
对应的N个输入端通过不同长度的延迟光纤相连接，形成不同长度的测量通道的开关组，所
述的第一MEMS光开关(8)的输入端通过光纤(18)与光纤耦合器(7)的第三端口(Ⅲ)相连接，
所述的第二MEMS光开关(9)的输出端与所述的延迟扫描臂(10)中的光纤准直器(1001)相连
接；所述的光纤耦合器(7)的第四端(Ⅳ)通过光纤(18)与所述的第三波分复用器(6)的第一
端口(Ⅰ)相连，所述的第三波分复用器(6)的第二端口(Ⅱ)通过光纤(18)与所述的光纤后向
反射镜(15)的输入端口相连，所述的第三波分复用器(6)的第一端口(Ⅰ)通过光纤(18)与所
述的光纤耦合器(7)的第四端(Ⅳ)相连接，所述的第三波分复用器(6)的第三端口(Ⅲ)具有
连接光纤(18)，所述的红光指示光源(3)的输出端具有连接光纤(18)，所述的可调焦准直器
(12)安装在四维调整架(11)上，所述的待测透镜组(13)固定在所述的安装架(14)上；所述
的第一光电探测器(16)和所述的第二光电探测器(17)的输入端分别通过光纤(18)与所述
的第二波分复用器(5)的第一端口(Ⅰ)和第二端口(Ⅱ)相连，所述的第一光电探测器(15)和
第二光电探测器(16)的输出端经所述的数据采集系统(19)与所述的数据处理单元(20)相
连。
2.根据权利要求1所述的透镜组镜面间距的测量装置，其特征在于所述的低相干光源
(1)为超辐射发光二极管，中心波长1310nm。
3.根据权利要求1所述的透镜组镜面间距的测量装置，其特征在于所述的激光测长光
源(2)为分布式反馈激光器，中心波长1550nm。
4.根据权利要求1所述的透镜组镜面间距的测量装置，其特征在于所述的红色指示光
源(3)为激光二极管，中心波长655nm。
5.根据权利要求1所述的透镜组镜面间距的测量装置，其特征在于所述的第一波分复
用器(4)、第二波分复用器(5)和第三波分复用器(6)为工作波长1310nm和1550nm的波分复
用器。
6.根据权利要求1所述的透镜组镜面间距的测量装置，其特征在于所述的光纤耦合器
(7)是工作波长为1310nm和1550nm，分束比为50:50的光纤耦合器。
7.根据权利要求1所述的透镜组镜面间距的测量装置，其特征在于所述的第一MEMS光
开...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨宝喜，师中华，胡小邦，魏张帆，李璟，陈明，黄惠杰，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31