光學鏡組鏡面間隙測量裝置和測量方法制造方法及圖紙

一種光學鏡組鏡面間隙測量裝置和測量方法，包括：低相干光源、激光測長光源、紅光指示光源、第一光纖耦合器、第二光纖耦合器、第三光纖耦合器、第一光纖環形器、第二光纖環形器、第一光纖準直器、電機驅動移動平臺、可移動掃描反射鏡、第二光纖準直器、四維調整架、可調焦準直器、待測鏡組、安裝架、光纖后向反射鏡、光電探測器、平衡光電探測器、連接光纖。本發明專利技術通過平衡差分測量的方法，同時利用耦合器的兩路輸出，去除本底干擾信號，使干涉信號強度增大一倍，可用于光學鏡組的高精度裝調。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及測量裝置，特別是一種光學鏡組鏡面間隙測量裝置和測量方法。
技術介紹
在大部分光學系統中，透鏡是最基本的光學元件，其中心厚度的加工精度和透鏡安裝時的相對位置決定了光學系統的成像質量。特別是對于高精密光學系統，對透鏡中心厚度和鏡面間隔的公差有著嚴格的要求，利用傳統的測量方法難以滿足要求。為彌補接觸式測量的不足，國內外提出了較多的非接觸式測量方法，如光學共焦法、白光色散法、圖像測量法等，但對于多器鏡組仍然難以同時測量每一片透鏡的中心厚度和鏡面間距。在現有技術1中，“白光干涉透鏡中心厚度測量系統及方法”(見中國專利CN104154869A)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，其測量簡單快捷，但邁克爾遜干涉結構本身存在回波干擾的問題，反射光返回到激光器中會對激光器的穩定性造成影響，而且邁克爾遜干涉測量系統屬于非平衡探測，該情況下僅利用了耦合器的一路輸出信號(另一路返回到激光器中)，光電探測器探測到的不僅僅是干涉信號，還包括直流本底信號，而直流本底信號本身含有強度起伏噪聲，并非絕對的直流，以上問題都會對測量結果造成影響。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CN104215176A)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，但雙光纖耦合器的設計會使鏡面反射光信號經過多次衰減，最后的輸出信號較弱，難以對多透鏡結構鏡組進行測量，可測范圍相對較小。
技術實現思路
本專利技術的目的是為解決現有鏡面間距測量裝置中因待測鏡面反射信號弱而降低測量范圍和測量精度的技術問題，提出一種光學鏡組鏡面間隙測量裝置和測量方法，通過平衡差分測量的方法，同時利用耦合器的兩路輸出，去除本底干擾信號，使干涉信號強度增大一倍。本專利技術解決現有技術問題采用的技術方案如下：一種光學鏡組鏡面間隙測量裝置，為馬赫-曾德干涉儀結構，特點在于包括：低相干光源、激光測長光源、紅光指示光源、第一光纖耦合器、第二光纖耦合器、第三光纖耦合器、第一光纖環形器、第二光纖環形器、延遲掃描臂、第一光纖準直器、電機驅動移動平臺、可移動掃描反射鏡、第二光纖準直器、四維調整架、可調焦準直器、測量臂、待測光學鏡組、安裝架、光纖后向反射鏡、光電探測器、平衡光電探測器和連接光纖；所述的低相干光源的輸出端與第一光纖耦合器第一端口相連接，所述的第一光纖環形器的第一端口和所述的第二光纖環形器的第一端口分別與所述的第一光纖耦合器的第三端口和第四端口相連接；所述的延遲掃描臂的第一光纖準直器的輸入端與所述的第一光纖環形器的第二端口相連接；所述的光纖后向反射鏡的輸入端和所述的延遲掃描臂的第二光纖準直器的輸入端分別與所述的第三光纖耦合器的第一端口和第二端口相連接；所述的激光測長光源的輸出端和所述的光電探測器的輸入端分別與所述的第三光纖耦合器第三端口和第四端口相連接；所述的可調焦準直器固定在所述的四維調整架上，所述的指示光源的輸出端與所述的可調焦準直器輸入端相連接；所述的第一光纖環形器的第三端口和所述的第二光纖環形器的第三端口分別與所述的第二光纖耦合器第一端口和第二端口相連接；所述的平衡光電探測器的兩個輸入端與所述的第二光纖耦合器第三端口和第四端口相連接。所述的低相干光源為超輻射發光二極管，為寬帶光源，中心波長1310nm，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，線寬很窄，中心波長1550nm，作為測量系統的測長定位光源。所述的紅光指示光源為激光二極管，發出的紅色指示光用以配合待測鏡組光軸位置的調節。所述的第一光纖耦合器和第二光纖耦合器為工作波長1310nm，分束比為50:50光纖耦合器，分別用于低相干光的分束和測量光與掃描反射鏡反射光的干涉耦合。所述的第三光纖耦合器為工作波長1550nm，分束比50:50的光纖耦合器，用于測長激光的分束并輸出干涉測長信號。所述的第一光纖環形器和第二光纖環形器為工作波長1310nm，三端口的光纖環形器，用于將入射光和反射光分離。所述的連接光纖均為單模保偏光纖，避免由于偏振模色散引起的測量誤差。測量裝置中低相干光源發出的測量光束經過第一光纖耦合器分為兩束，一束通過光纖環形器進入延遲掃描臂中，另一束通過光纖環形器和可調焦準直器進入測量臂中。在延遲掃描臂中，光束經過第一光纖準直器準直后被可移動掃描反射鏡所反射，反射光束通過光纖環形器進入第二光纖耦合器中。在測量臂中，光束經過可調焦準直器聚焦在待測鏡組的合適位置，各表面的反射光束通過光纖環形器進入第二光纖耦合器中。可移動掃描反射鏡在掃描過程中，當其反射光束與測量臂中待測鏡組中某一反射面的反射光束的光程差為零時，會在第二光纖耦合器中產生干涉極大值，通過光纖耦合器分為相位差為π的干涉信號輸出，經過平衡光電探測器中的差分結構去除直流分量。測量裝置中激光測長光源發出的測長光束經過第三光纖耦合器分為兩束，一束經過光纖反射鏡反射后返回到光纖耦合器中，另一束經過第二光纖準直器被可移動掃描反射鏡所反射，反射光返回到第三光纖耦合器中，兩路反射光在第三光纖耦合器中產生干涉，干涉信號通過光電探測器所接收。利用上述光學鏡組鏡面間距測量裝置對待測光學鏡組光學間距的測量方法，該方法包括下列步驟：①將待測光學鏡組固定在安裝架上，將待測光學鏡組放置在可調焦準直器后600mm～900mm之間的某個位置，將紅光指示光源通過光纖連接到可調焦準直器的輸入端，打開紅光指示光源，通過四維調整架調節可調焦準直器使光束匯聚到待測光學鏡組內部，調節所述的可調焦準直器的光軸指向，使待測光學鏡組各表面反射回來的光在所述的可調焦準直器的鏡面成一個點，則待測光學鏡組的光軸與可調焦準直器的光軸重合；②關閉紅光指示光源，將第二光纖環形器的第二端口的輸出光纖與所述的可調焦準直器的輸入端相連接，打開所述的低相干光源和激光測長光源，調節所述的可調焦準直器，使待測光學鏡組的各表面反射光的耦合強度盡可能強；③所述的延遲掃描臂的電機驅動位移平臺，帶動可移動掃描反射鏡進行勻速掃描，使所述的第三光纖耦合器第四端口輸出的激光干涉測長信號輸入到光電探測器中，該光電探測器將激光干涉測長信號轉換電信號，使所述的第二光纖耦合器的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中，并通過平衡光電探測器將低相干測量信號轉換電信號，通過數據采集卡同步采集所述的光電探測器和平本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種光學鏡組鏡面間隙測量裝置，為馬赫?曾德干涉儀結構，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)、第一光纖環形器(7)、第二光纖環形器(8)、延遲掃描臂(9)、第一光纖準直器(901)、電機驅動移動平臺(902)、可移動掃描反射鏡(903)、第二光纖準直器(904)、四維調整架(10)、可調焦準直器(11)、測量臂(12)、待測光學鏡組(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(端口Ⅰ)相連接，所述的第一光纖環形器(7)的第一端口(端口Ⅰ)和所述的第二光纖環形器(8)的第一端口(端口Ⅰ)分別與所述的第一光纖耦合器(4)第三端口(端口Ⅲ)和第四端口(端口Ⅳ)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形器(7)的第二端口(端口Ⅱ)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(端口Ⅰ)和第二端口(端口Ⅱ)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(端口Ⅲ)和第四端口(端口Ⅳ)相連接；所述的可調焦準直器(11)固定在所述的四維調整架(10)上，所述的指示光源(3)的輸出端與所述的可調焦準直器(11)輸入端相連接；所述的第一光纖環形器(7)的第三端口(端口Ⅲ)和所述的第二光纖環形器(8)的第三端口(端口Ⅲ)分別與所述的第二光纖耦合器(5)第一端口(端口Ⅰ)和第二端口(端口Ⅱ)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(端口Ⅲ)和第四端口(端口Ⅳ)相連接。...

【技術特征摘要】
1.一種光學鏡組鏡面間隙測量裝置，為馬赫-曾德干涉儀結構，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)、第一光纖環形器(7)、第二光纖環形器(8)、延遲掃描臂(9)、第一光纖
準直器(901)、電機驅動移動平臺(902)、可移動掃描反射鏡(903)、第二光纖準直器(904)、
四維調整架(10)、可調焦準直器(11)、測量臂(12)、待測光學鏡組(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(端口Ⅰ)相連接，所述的第一光纖環形器
(7)的第一端口(端口Ⅰ)和所述的第二光纖環形器(8)的第一端口(端口Ⅰ)分別與所述的第
一光纖耦合器(4)第三端口(端口Ⅲ)和第四端口(端口Ⅳ)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形器(7)的第二端口(端口Ⅱ)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(端口Ⅰ)和第二端口(端口Ⅱ)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(端口Ⅲ)和第四端口(端口Ⅳ)相連接；所述的可調焦準直器(11)固
定在所述的四維調整架(10)上，所述的指示光源(3)的輸出端與所述的可調焦準直器(11)
輸入端相連接；所述的第一光纖環形器(7)的第三端口(端口Ⅲ)和所述的第二光纖環形器
(8)的第三端口(端口Ⅲ)分別與所述的第二光纖耦合器(5)第一端口(端口Ⅰ)和第二端口
(端口Ⅱ)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(端口Ⅲ)和第四端口(端口Ⅳ)相連接。
2.根據權利要求1所述的光學鏡組鏡面間隙測量裝置，其特征在于所述的低相干光源
(1)為超輻射發光二極管，中心波長1310nm。
3.根據權利要求1所述的光學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.根據權利要求1所述的光學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.根據權利要求1所述的光學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.根據權利要求1所述的光學鏡組鏡面間隙測量裝置，其特征在于所述的第一光纖環
形器(7)和第二光纖環形器(8)為工作波長1310nm，三端口的光纖環形器。
7.根據權利要求1所述的光學鏡組鏡面間隙測量裝置，其特征在于所述的光電探測器
(14)光譜響應范圍為900～1700nm，用于探測1550nm激光測長束所產生的干涉信號。
8.根據權利要求1所述的光學鏡組鏡面間隙測量裝置，其特征在于...

【專利技術屬性】
技術研發人員：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，
類型：發明
國別省市：上海;31