[发明专利]一种光学表面间距非接触式测量装置和方法

说明书

本发明属于光学测量技术领域，具体涉及一种光学表面间距非接触式测量装置和方法，本发明通过扫频光学相干层析(SSOCT)原理进行光学间隔非接触式测量，单次测量深度可达数十毫米，对于大部分的光学系统可以一次探测完成多个光学表面同时测量，配合参考臂移动进行分段式测量实现大量程，且测量精度完全取决于系统轴向分辨率；本发明还进一步优化了测量光路，在可调焦测量臂增加调焦模组，根据样品参数选择合适的聚焦光路，可以更好的收集各光学表面的反射光信号，提高干涉信号强度；在可位移参考臂中增加消色差透镜，可调焦测量臂的调焦模组和可位移参考臂的透镜组都是消色差透镜，有利于进一步提高测量精度。

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，具体涉及一种光学表面间距非接触式测量装置和方法。

背景技术

透镜及透镜组是光学系统的关键组成部分，其中心厚度及透镜间隔加工及安装精度对光学系统的成像质量有着至关重要的作用。对于高精度的光学系统其重要性更是不言而喻的，对于中心厚度及间隔的测量主要有接触式和非接触两种方法。接触式测量方法是一种较为传统的测量方式，主要通过传统检具如百分表、千分表等，对镜片的中心顶点进行测量获得透镜厚度及相关透镜间隔。使用接触法寻找透镜中心存在较大的难度，且传统检具的测量精度本身有限，对于日益增长的精度要求越来越难以胜任。且绝大部分镜片都有镀层的要求，接触法对镜片存在损伤，不能满足此类镜片的测量要求，非接触式测量是唯一的方法。

现有技术中，“光学镜组镜面间隙测量装置和测量方法”(中国专利CN 105674902A)公开了一种利用低相干光干涉法进行非接触测量方法，此方法能够实现非接触式光学镜组镜面的厚度及间隙，但是测量精度主要依赖于激光测长模块，为获得更高的测量精度对激光测长模块的要求非常长高，并没有真正意义上使用低相干光干涉进行厚度及间距的测量，该技术中利用平衡探测器提高测量的信噪比进而提高测量的精度。

该方法通过平衡探测器和高精度的激光测长模块可以实现光学间隔的非接触式测量且获得较高的精度。使用平衡探测器虽然能够提高信噪比，但只能提高探测信号的信噪比，本身光路中的噪声仍然存在；其测量精度主要依靠激光测长模块，测量误差包含激光测长和低相干干涉两部分。

发明内容

针对以上问题，本发明旨在提供一种光学表面间距非接触式测量装置和方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种光学表面间距非接触式测量装置，包括扫频宽带光源、红光指示光源、马赫-曾德干涉结构、迈克尔逊干涉结构、可调焦测量臂、可位移参考臂、数据采集卡、计算机和光纤；其中所述扫频宽带光源通过光纤与所述马赫-曾德干涉结构相连，所述马赫-曾德干涉结构通过光纤与所述迈克尔逊干涉结构相连，所述迈克尔逊干涉结构通过光纤分别与所述可调焦测量臂和可位移参考臂相连，所述迈克尔逊干涉结构通过光纤还与红光指示光源相连，所述迈克尔逊干涉结构还与数据采集卡电性连接，所述马赫-曾德干涉结构分别通过功率检测线路和波矢标定线路与数据采集卡电性连接，所述数据采集卡与所述计算机电性连接。

本发明还提供一种光学表面间隔非接触式测量方法，包括如下步骤：

S1、输入待测样品的设计参数；

S2、根据待测样品的设计参数调整可调焦测量臂的调焦模组，使得可调焦测量臂测量光束聚焦于待测样品最后一个光学表面上；

S3、根据待测样品的设计参数移动可位移参考臂获得第一个光学表面的干涉信号；

S4、移动可位移参考臂，使得相关干涉信号向零光程差处移动，在合适位置处获取探测深度内光学表面干涉信号，并记录可位移参考臂位移距离；

S5、若获取设计样品的待测光学表面相关的全部干涉信号，则执行步骤S6，否则重复步骤S4；所述干涉信号为待测光学表面中心轴向一维位置信息；

S6、对已得到的干涉信号进行傅里叶逆变换及数据处理，获取所需光学表面的间距值。