大间距镜头镜片距离测量装置及其测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及大间距镜头镜片距离测量装置及其测量方法，将宽带光源出射的光通过干涉结构产生干涉信号，对干涉信号进行处理使得发光二级管发光显示。在样品臂中使用细平行光束作为扫描光束，通过光程扫描装置进行光程匹配，当样品臂光程与镜头中光学表面相等时产生干涉信号时二极管发光，记录标尺读数得到光学表面的位置，通过滑动光程扫描装置可以得到镜头中不同深度各个光学表面的位置，根据光学表面的位置和成像起始位置的移动距离得到两光学表面中心的距离，实现大间距镜头镜片距离的测量。本发明专利技术具有非接触无损测量、测量精度高、数据处理简单，成本低廉的优点，应用于光学加工、光学检测等表面间距测量领域。

【技术实现步骤摘要】
大间距镜头镜片距离测量装置及其测量方法
本专利技术属于光学测量领域，具体涉及大间距镜头镜片距离测量装置及其测量方法，它适用于对镜头或镜头组的空气间隔检测，也可作为镜头安装过程中的安装位置定位。
技术介绍
光学表面间距包括镜片厚度和空气间隙厚度是镜头的重要参数，其间距是否符合设计要求直接关系到镜头的质量，所以光学间距测量在镜头加工、检验等环节中有着重要意义。目前对光学表面的测量方法分成接触式测量方法和非接触式方法，但是都存在某些缺点。接触式测量仪器主要百分尺、千分尺等，接触式方法中为避免划伤光学表面需要在测量工具与被测表面之间加一层保护纸，这不仅降低了测量精度，而且容易破坏一些特殊表面镀膜，而且对于已经封装好的光学镜头显得无能为力。但是目前国内仍然普遍沿用接触式方法进行测量。非接触式测量方法方面，在先技术中国专利申请号“01133730.3”中提出了一种新型非接触式光学系统空气间隔测量方法，通过使干涉仪标准镜头的焦点聚于被测透镜的顶点上，由光电成像转换器将被测透镜镜面顶点波前翻转自准干涉而进行定位，指示光栅与干涉仪的标准镜头联动，通过光栅传感器和数显表组成的读数系统读取标准镜头的移动量从而获取光学系统的空气间隔值。该测量方法实现了非接触式无损测量，大大提高了测量精度；可用于镀膜等特殊透镜的装校检测；读数方便简单。该测量方法虽然实现了非接触式测量，但其自身仍然存在很多缺陷：标准镜头的焦点定位由调整干涉条纹的弯曲程度实现，调整过程中操作繁琐，工作量较大，引入了较大的人为误差。在先技术中国专利申请号“201110357756.8”中提出用基于迈克尔逊干涉原理的光学相干层析成像的方法进行测量，参考臂端用快速扫描延迟线改变扫描光程，由于其扫描范围为1-3mm，而一个镜头光学表面间的光程差可达上百毫米。通过在样品臂用电控导轨平移光纤准直镜的方法进行光程匹配。该方法可以对光学镜片组进行高精度测量，但是其结构复杂，参考臂的快速延迟线结构复杂，调节难度大，还需要搭配高精度导轨进行光程匹配。信号处理需要经过计算机进行DAQ采集，这无疑增加了系统成本和实现难度。
技术实现思路
本专利技术的针对现有技术中存在的不足之处，提出一种大间距镜头镜片距离测量装置及其测量方法，可以非接触地测量镜头中光学表面中心间距，同时具有测量精度高、数据处理简单、可以实现实时引导、使用灵活的优点。本专利技术的技术解决方案如下：大间距镜头镜片距离测量装置，包括以下部件：宽带低相干光源，第一光纤耦合器，第二光纤耦合器，第一光纤准直镜，光程扫描装置，第二光纤准直镜，第三光纤耦合器，探测显示电路；待测量光学镜头内依次设置多个镜片；按照以下光路设置各个部件：宽带低相干光源出的光通过进入第一光纤耦合器，再进入第二光纤耦合器分成两路光，分别为光A和光B；其中一路光A作为参考臂光经过第一光纤准直镜准直后，再进入光程扫描装置，光经过光程扫描装置中的反射镜反射返回第二光纤耦合器，再次分成两路后分别进入第一光纤耦合器和第三光纤耦合器进行分光，其中第一光纤耦合器分出的光M和第三光纤耦合器分出的光N一起进入探测电路；另一路光B作为样品臂光经过第二光纤准直镜准直后，进入待测量光学镜头中心，经待测量光学镜头内各光学表面反射返回后，同样进入第二光纤耦合器，与光程扫描装置返回的光发生干涉后再次分成两路，分别进入第一光纤耦合器和第三光纤耦合器进行分光，其中第一光纤耦合器分出的光M和第三光纤耦合器分出的光N一起进入探测电路；探测显示电路接发光二极管。还包括红光指示光源，所述的红外指示光按照以下光路设置，红外指示光发出的光经过第三光纤耦合器的后进入第二光纤耦合器，分成两路光分别经过第一光纤准直镜和第二光纤准直镜，然后分别进入光程扫描装置和待测镜头起到指示作用。光程扫描装置包括外套筒和内圆筒，所述的外套筒套在内圆筒外，内圆筒带有标尺，标尺与内圆筒轴心线平行，外套筒和内圆筒相对滑动；外套筒的一端设置有反射镜。测量方法：待测量光学镜头内设置多个镜片，镜片的光学表面依次标记为第1个光学表面、第2个光学表面、第3个光学表面等；宽带低相干光源发出的光进入第一光纤耦合器，再进入第二光纤耦合器分成两路光，分别为光A和光B；其中一路光A作为参考臂光经过第一光纤准直镜准直后，再进入光程扫描装置，光经过光程扫描装置中的反射镜反射返回第二光纤耦合器，再次分成两路后分别进入第一光纤耦合器和第三光纤耦合器进行分光，其中第一光纤耦合器分出的光M和第三光纤耦合器分出的光N一起进入探测电路；另一路光B作为样品臂光经过第二光纤准直镜准直后，进入待测量光学镜头中心，经待测量光学镜头内各光学表面反射返回后，同样进入第二光纤耦合器，与光程扫描装置返回的光发生干涉后再次分成两路，分别进入第一光纤耦合器和第三光纤耦合器进行分光，其中第一光纤耦合器分出的光M和第三光纤耦合器分出的光N一起进入探测电路；滑动光程扫描装置中的外套筒，当参考臂光和样品臂光返回的光的光程在宽带低相干光源的相干程度范围内时，样品臂光和参考臂光在第二光纤耦合器发生干涉，干涉信号经过第一光纤耦合器和第三光纤耦合器分路后进入探测显示电路进行电流电压转换、滤波滤除直流成分，再进行差分放大后使得发光二极管发光；记录此时光程扫描装置中的内圆筒的标尺读数，此位置为光学镜头第1个光学表面的位置x1；再次滑动外套筒，再次观察到二极管发光时记录此时标尺的读数，该位置为第二个光学表面位置x2，则这两个光学表面之间的空气间距为Δd1＝x2-x1，如果是镜片上下表面的信号则镜片实际厚度为n为镜片折射率，第1个光学平面与第2个光学平面之间的间距为第一个光学镜片厚度，依次类推第3个光学平面与第4个光学平面之间的间距为第二个光学镜片的厚度，第2个光学平面和第3个光学平面之间的间距为第一个光学镜片与第二个光学镜片的空气间隔长度，依次类推第4个光学平面与第5个光学平面之间的间隔为第二个光学镜片与第三个光学镜片的空气间隔长度。以此类推，通过滑动套筒可以得到镜头中不同深度各个光学表面的位置，从而得到待测量光学镜头内各光学镜片厚度以及镜片之间的空气间隔长度。由于采用的宽带低相干光源波长位于红外，人眼不可见。为了便于观察光路，在系统中加入红光指示光。宽带低相干光源发出的光经第一光纤耦合器进入第二光纤耦合器分成两路，其中一路经过第一准直镜进入参考臂的光程扫描装置，光程扫描装置为一种带标尺和反射镜的可滑动套筒结构，光经过反射后经过第二光纤耦合器经分路后分别经过第一光纤耦合器和第三光纤耦合器进入探测电路。另一路光经第二准直镜成为平行准直光后进入待测量光学镜头，返回光同样经过第二光纤耦合器经分路后分别经过第一光纤耦合器和第三光纤耦合器进入探测电路。红光指示光源经过第三光纤耦合器后进入第二光纤耦合器分成两路分别进入参考臂的光程扫描装置和待测量光学镜头作为指示光方便进行光路调整。滑动光程扫描装置，当光学镜头的第一个光学表面的光程与参考臂光程在光源相干长度范围内时产生干涉信号，干涉信号经过探测电路进行电流电压转换，滤波滤除直流成分，最后差分放大使二极管发光，记录此时标尺读数即光学镜头表面的初始位置x1，如果参考臂和样品臂返回光的光程不匹配则没有干涉信号，二极管不会发光。所述探测显示电路包括电流-电压转换电路、滤波电路、差分本文档来自技高网...

【技术保护点】
大间距镜头镜片距离测量装置，其特征在于，包括以下部件：宽带低相干光源(1)，第一光纤耦合器(3)，第二光纤耦合器(4)，第一光纤准直镜(5)，光程扫描装置(6)，第二光纤准直镜(7)，第三光纤耦合器(8)，探测显示电路(9)；待测量光学镜头(10)内依次设置多个镜片；按照以下光路设置各个部件：宽带低相干光源(1)发出的光进入第一光纤耦合器(3)，再进入第二光纤耦合器(4)分成两路光，分别为光A和光B；其中一路光A作为参考臂光经过第一光纤准直镜(5)准直后，再进入光程扫描装置(6)，光经过光程扫描装置(6)中的反射镜(14)反射返回第二光纤耦合器(4)，再次分成两路后分别进入第一光纤耦合器(3)和第三光纤耦合器(8)进行分光，其中第一光纤耦合器(3)分出的光M和第三光纤耦合器(8)分出的光N一起进入探测电路(9)；另一路光B作为样品臂光经过第二光纤准直镜(7)准直后，进入待测量光学镜头(10)中心，经待测量光学镜头(10)内各光学表面反射返回后，同样进入第二光纤耦合器(4)，与光程扫描装置(6)返回的光发生干涉后再次分成两路，分别进入第一光纤耦合器(3)和第三光纤耦合器(8)进行分光，其中第一光纤耦合器(3)分出的光M和第三光纤耦合器(8)分出的光N一起进入探测电路(9)；探测显示电路(9)连接发光二极管(11)。...

【技术特征摘要】
1.大间距镜头镜片距离测量装置，其特征在于，包括以下部件：宽带低相干光源(1)，第一光纤耦合器(3)，第二光纤耦合器(4)，第一光纤准直镜(5)，光程扫描装置(6)，第二光纤准直镜(7)，第三光纤耦合器(8)，探测显示电路(9)；待测量光学镜头(10)内依次设置多个镜片；按照以下光路设置各个部件：宽带低相干光源(1)发出的光进入第一光纤耦合器(3)，再进入第二光纤耦合器(4)分成两路光，分别为光A和光B；其中一路光A作为参考臂光经过第一光纤准直镜(5)准直后，再进入光程扫描装置(6)，光经过光程扫描装置(6)中的反射镜(14)反射返回第二光纤耦合器(4)，再次分成两路后分别进入第一光纤耦合器(3)和第三光纤耦合器(8)进行分光，其中第一光纤耦合器(3)分出的光M和第三光纤耦合器(8)分出的光N一起进入探测电路(9)；另一路光B作为样品臂光经过第二光纤准直镜(7)准直后，进入待测量光学镜头(10)中心，经待测量光学镜头(10)内各光学表面反射返回后，同样进入第二光纤耦合器(4)，与光程扫描装置(6)返回的光发生干涉后再次分成两路，分别进入第一光纤耦合器(3)和第三光纤耦合器(8)进行分光，其中第一光纤耦合器(3)分出的光M和第三光纤耦合器(8)分出的光N一起进入探测电路(9)；探测显示电路(9)连接发光二极管(11)。2.根据权利要求1所述的大间距镜头镜片距离测量装置，其特征在于，还包括红光指示光源(2)，所述的红外指示光(2)按照以下光路设置，红外指示光(2)发出的光经过第三光纤耦合器(8)的进入第二光纤耦合器(4)，分成两路光分别经过第一光纤准直镜(5)和第二光纤准直镜(7)，然后分别进入光程扫描装置(6)和待测镜头(10)起到指示作用。3.根据权利要求1所述的大间距镜头镜片距离测量装置，其特征在于，所述的光程扫描装置(6)包括外套筒(12)和内圆筒(13)，所述的外套筒(12)套在内圆筒(13)外，内圆筒(13)带有标尺，标尺与内圆筒(13)轴心线平行，外套筒(12)和内圆筒(13)相对滑动；外套筒(12)的一端设置有反射镜(14)。4.根据权利要求1所述的大间距镜头镜片距离测量装置，其特征在于，所述探测显示电路(9)依次包括电流-电压转换电路、滤波电路、差分放大电路。5.大间距镜头镜片距离测量方法，其特征在于，利用所述的大间距镜头镜片距离测量装置，包括以下过程：待测量光学...

【专利技术属性】
技术研发人员：何友武，李志芳，李晖，
申请(专利权)人：福建师范大学，
类型：发明
国别省市：福建,35