[发明专利]光学镜组镜面间隙测量装置和测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及测量装置，特别是一种光学镜组镜面间隙测量装置和测量方法。

背景技术

在大部分光学系统中，透镜是最基本的光学元件，其中心厚度的加工精度和透镜安装时的相对位置决定了光学系统的成像质量。特别是对于高精密光学系统，对透镜中心厚度和镜面间隔的公差有着严格的要求，利用传统的测量方法难以满足要求。为弥补接触式测量的不足，国内外提出了较多的非接触式测量方法，如光学共焦法、白光色散法、图像测量法等，但对于多器镜组仍然难以同时测量每一片透镜的中心厚度和镜面间距。

在现有技术1中，“白光干涉透镜中心厚度测量系统及方法”(见中国专利CN 104154869 A)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，其测量简单快捷，但迈克尔逊干涉结构本身存在回波干扰的问题，反射光返回到激光器中会对激光器的稳定性造成影响，而且迈克尔逊干涉测量系统属于非平衡探测，该情况下仅利用了耦合器的一路输出信号(另一路返回到激光器中)，光电探测器探测到的不仅仅是干涉信号，还包括直流本底信号，而直流本底信号本身含有强度起伏噪声，并非绝对的直流，以上问题都会对测量结果造成影响。

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CN 104215176 A)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，但双光纤耦合器的设计会使镜面反射光信号经过多次衰减，最后的输出信号较弱，难以对多透镜结构镜组进行测量，可测范围相对较小。

发明内容

本发明的目的是为解决现有镜面间距测量装置中因待测镜面反射信号弱而降低测量范围和测量精度的技术问题，提出一种光学镜组镜面间隙测量装置和测量方法，通过平衡差分测量的方法，同时利用耦合器的两路输出，去除本底干扰信号，使干涉信号强度增大一倍。

本发明解决现有技术问题采用的技术方案如下：

一种光学镜组镜面间隙测量装置，为马赫-曾德干涉仪结构，特点在于包括：低相干光源、激光测长光源、红光指示光源、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、第三光纤耦合器、第一光纤环形器、第二光纤环形器、延迟扫描臂、第一光纤准直器、电机驱动移动平台、可移动扫描反射镜、第二光纤准直器、四维调整架、可调焦准直器、测量臂、待测光学镜组、安装架、光纤后向反射镜、光电探测器、平衡光电探测器和连接光纤；所述的低相干光源的输出端与第一光纤耦合器第一端口相连接，所述的第一光纤环形器的第一端口和所述的第二光纤环形器的第一端口分别与所述的第一光纤耦合器的第三端口和第四端口相连接；所述的延迟扫描臂的第一光纤准直器的输入端与所述的第一光纤环形器的第二端口相连接；所述的光纤后向反射镜的输入端和所述的延迟扫描臂的第二光纤准直器的输入端分别与所述的第三光纤耦合器的第一端口和第二端口相连接；所述的激光测长光源的输出端和所述的光电探测器的输入端分别与所述的第三光纤耦合器第三端口和第四端口相连接；所述的可调焦准直器固定在所述的四维调整架上，所述的指示光源的输出端与所述的可调焦准直器输入端相连接；所述的第一光纤环形器的第三端口和所述的第二光纤环形器的第三端口分别与所述的第二光纤耦合器第一端口和第二端口相连接；所述的平衡光电探测器的两个输入端与所述的第二光纤耦合器第三端口和第四端口相连接。

所述的低相干光源为超辐射发光二极管，为宽带光源，中心波长1310nm，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，线宽很窄，中心波长1550nm，作为测量系统的测长定位光源。

所述的红光指示光源为激光二极管，发出的红色指示光用以配合待测镜组光轴位置的调节。

所述的第一光纤耦合器和第二光纤耦合器为工作波长1310nm，分束比为50:50光纤耦合器，分别用于低相干光的分束和测量光与扫描反射镜反射光的干涉耦合。

所述的第三光纤耦合器为工作波长1550nm，分束比50:50的光纤耦合器，用于测长激光的分束并输出干涉测长信号。

所述的第一光纤环形器和第二光纤环形器为工作波长1310nm，三端口的光纤环形器，用于将入射光和反射光分离。

所述的连接光纤均为单模保偏光纤，避免由于偏振模色散引起的测量误差。