CN105674903B - 透镜组镜面间距的测量装置和测量方法 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
技术领域
本发明涉及测量装置，特别是一种透镜组镜面间距的测量装置和测量方法。
背景技术
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CN104154869 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CN104215176 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。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。
发明内容
本发明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。
本发明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反射镜的反射光束在光纤耦合器中发生干涉，低相干测量光束的干涉信号和激光测长光束的干涉信号通过第二波分复用器分离，分别被第一光电探测器和第二光电探测器所接收，数据采集系统同步采集第一光电探测器和第二光电探测器的信号，输入到数据处理单元进行处理。
利用上述光学镜面间距测量装置对待测透镜组光学间距的测量方法，该方法包括下列步骤：
步骤一、将待测透镜组固定在安装架上，将其放置在可调焦准直器后600mm～900mm之间的某个位置，将红光指示光源通过光纤连接到可调焦准直器，打开红光指示光源，调节可调焦准直器使光束汇聚到待测透镜组内部的某一位置，并通过四维调整架调节可调焦准直器的光轴指向，使待测透镜组各表面反射回来的光点重合，则待测透镜组的光轴与可调焦准直器出射光的光轴重合。
步骤二、关闭红光指示光源，将第三波分复用器的第三端口(端口Ⅲ)与可调焦准直器相连接，打开低相干光源和激光测长光源，通过数据采集系统的显示波形，调节可调焦准直器使低相干测量光束汇聚到待测透镜组内部的某一位置，使待测透镜组中各表面反射光的耦合强度达到最强。
步骤三、打开第一MEMS光开关和第二MEMS光开关所构成的光开关组的第一通道，控制所述的延迟扫描臂中的电机驱动移动平台，使电机驱动移动平台带动可移动扫描反射镜移动进行扫描，然后打开光开关组的第二通道，使电机驱动移动平台带动可移动扫描反射镜移动进行再次扫描，重复上述过程直至光开关组的第N个通道扫描完成，通过数据采集系统同步采集每次扫描过程中第一光电探测器和第二光电探测器输出的电信号，输入到数据处理单元。
步骤四、数据处理单元利用标定算法确定光开关组不同通道测量范围，利用计算程序定位低相干测量信号中待测透镜组各个表面对应的干涉峰值位置，并确定干涉峰值采样点的位置，将该采样点位置对应到激光测长干涉信号相同采样点位置，通过七步相移算法计算出激光测长干涉信号在该采样点的相位值φi，Ii-3～Ii+3是以第i个干涉峰值采样点位置为中心连续7个激光测长采样点的强度值，其计算公式为：
通过相位解包裹算法对计算出的相位值进行展开。
则待测透镜组的每个间隙的物理厚度为：
式中，λ1为低相干光波长，λ2为测距激光波长，ng,air(λ1)为空气在光波长λ1下的群折射率，ng(λ1)为所测透镜组中透镜材料在光波长λ1下的群折射率，nair(λ2)为空气在光波长λ2下的折射率，φi+1和φi分别为低相干光干涉信号相邻峰值位置对应的激光测长信号采样点解包裹后的相位值。
进一步的，所述的光开关组是由第一MEMS光开关、第二MEMS光开关和不同长度的延迟光纤组成，其具体长度由扫描导轨的扫描范围决定。每个通道使用不同长度的延迟光纤，形成不同的测量区间，且相邻通道间的测量范围有部分重叠，用于实际测量范围的标定和测量范围的扩展。
与在先技术相比，本发明具有下列技术优点：
1)本发明采用双MEMS光开关实现量程多倍增，在较小的扫描范围内实现测量范围的增大，降低了对扫描导轨性能参数的要求，且参考臂反射光的能量损耗小，有利于对弱信号的提取。
2)本发明中可以通过改变MEMS光开关之间延迟光纤的长度和通道数来改变系统的测量范围，可以根据实际情况选择合适的测量区间，便于测量范围的扩展。
3)本发明通过单耦合结构实现低相干测量光路和激光测长光路的共光路设计，与双耦合结构相比信号能量损失小，且能消除环境因素对光纤结构的影响，提高测量精度。
4)本发明采用相邻通道间共干涉信号的方法进行测量范围的标定，而非采用测量光纤长度的方法进行标定，提高标定的精度，使每个通道的测量范围达到高精度拼接。
附图说明
图1是本发明透镜组镜面间距的测量装置示意图；
图2MEMS光开关四通道延迟光路；
图3为测量范围标定原理图；
图4为同步采样得到的低相干测量信号和激光测长信号图；
图5为包含四个面的Invar标准块的低相干测量信号图；
图1中：1是低相干光源；2是激光测长光源；3是红光指示光源；4是第一波分复用器；5是第二波分复用器；6是第三波分复用器；7是光纤耦合器；8是第一MEMS光开关；9是第二MEMS光开关；10是延迟扫描臂；1001是光纤准直器；1002是电机驱动移动平台；1003是可移动扫描反射镜；11为四维调整架；12为可调焦准直器；13是待测透镜组；14是安装架；15是光纤后向反射镜；16是第一光电探测器；17是第二光电探测器；18是连接光纤；19是数据采集系统；20是数据处理单元。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明透镜组镜面间距的测量装置，具体包括：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、连接光纤18、数据采集系统19和数据处理单元20。
所述的低相干光源1和激光测长光源2的输出端分别与所述的第一波分复用器4的第一端口和第二端口(端口Ⅰ和端口Ⅱ)相连接，所述的第一波分复用器4的第三端口(端口Ⅲ)与所述的光纤耦合器7的第一端口(端口Ⅰ)相连接；所述的第一光电探测器15和所述的第二光电探测器16的输入端分别与所述的第二波分复用器5的第一端口和第二端口(端口Ⅰ和端口Ⅱ)相连接，所述的第二波分复用器5的第三端口(端口Ⅲ)与所述的光纤耦合器7的第二端口(端口Ⅱ)相连接，所述的第一光电探测器15和第二光电探测器16的输出信号通过数据采集系统19采集后，由数据处理单元20进行处理；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，形成不同的测量通道，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，所述的第一MEMS光开关8的输入端与光纤耦合器7的第三端口(端口Ⅲ)相连接；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固定在安装架14上，所述的红光指示光源3的输出端与所述的可调焦准直器12相连接，同时所述的第三波分复用器6的第三端口(端口Ⅲ)与所述的可调焦准直器12相连接，所述的光纤后向反射镜15的输入端口与所述的第三波分复用器6的第二端口(端口Ⅱ)相连接，所述的第三波分复用器6的第一端口(端口Ⅰ)与所述的光纤耦合器7的第四端(端口Ⅳ)相连接。
所述的延迟扫描臂10包括光纤准直器1001、电机驱动位移平台1002和可移动扫描反射镜1003。光纤准直器1001放置于延迟扫描臂10的最前端，延迟扫描臂10通过光纤准直器1001与第二MEMS光开关9连接，低相干测量光束通过光纤准直器1001准直后入射到可移动扫描反射镜1003上并反射回到第二MEMS光开关9中，通过第二MEMS光开关9和第一MEMS光开关8后进入光纤耦合器7中；可移动扫描反射镜1003安装在一个电机驱动位移平台1002上，测量过程中以一定的速度匀速运动，其位置通过探测激光测长光束分别在光纤后向反射镜12和可移动扫描反射镜1003的反射光束所产生的干涉信号得到。
本实施方式中，低相干光源1为超辐射发光二极管，中心波长λ1＝1310nm，输出功率为17mW，半峰值带宽Δλ＝83nm，相干长度约为9.3μm，作为系统的测量光源；激光测长光源2为分布式反馈激光器，中心波长λ2＝1550nm，3dB线宽为200kHz，输出功率为10mW，作为扫描结构测距光源；红光指示光源3为激光二极管，中心波长λ＝650nm，半峰值带宽Δλ＝30nm，输出功率为7mW，用于调节可调焦准直器12使待测透镜组1103的光轴与测量光束的光轴重合。
本实施方式中，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，用于低相干光测量光束和激光测长光束的分束和合束；光纤耦合器7是工作波长为1310nm和1550nm，分束比50:50的光纤耦合器，用于低相干测量光束的干涉和激光测长光束的干涉；第一MEMS光开关8和第二MEMS光开关9的工作波长为1310nm和1550nm，通道数为4，用于切换通道，让光束通过不同长度的延迟光纤，使其具有不同的测量区间。
本实施方式中，第一光电探测器16为InGaAs光电探测器，光谱响应范围为900nm到1700nm，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17为InGaAs光电探测器，光谱响应范围为900nm到1700nm，用于探测1550nm激光测长光束所产生的干涉信号。
测量装置中低相干光源1发出的光束和激光测长光源2发出的光束通过波分复用器4合并为一束，经过光纤耦合器7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8和第二MEMS光开关9进入延迟扫描臂10，光束通过光准直器1001准直后被可移动扫描反射镜1003所反射，反射光束通过第二MEMS光开关9和第一MEMS光开关8进入光纤耦合器7中；另一束通过第三波分复用器6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15反射后通过第三波分复用器6返回到光纤耦合器7中，1310nm低相干测量光束通过可调焦准直器12聚焦在待测透镜组1301的合适位置，待测透镜组1301各表面的反射光束通过波分复用器6进入光纤耦合器7中。扫描反射镜1003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1301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7中产生干涉峰值，同时测长光束的反射光束与光纤反射镜15的反射光束在光纤耦合器7中发生干涉，低相干测量光束的干涉信号和激光测长光束的干涉信号通过第二波分复用器5分离，分别被第一光电探测器16和第二光电探测器17所接收，数据采集系统19同步采集第一光电探测器16和第二光电探测器17的信号，输入到数据处理单元20进行处理。
利用上述光学镜面间距测量装置对待测透镜组1301光学间距的测量方法，该方法包括下列步骤：
步骤一、将待测透镜组13固定在安装架14上，将待测透镜组13放置在可调焦准直器12后600mm～900mm之间的某个位置，将红光指示光源3通过光纤连接到可调焦准直器12，打开红光指示光源3，调节可调焦准直器12使光束汇聚到待测透镜组13内部的某一位置，并通过四维调整架11调节可调焦准直器12的光轴指向，使待测透镜组13各表面反射回来的光点重合，则待测透镜组1301的光轴与可调焦准直器12出射光的光轴重合；
步骤二、关闭红光指示光源3，将第三波分复用器6的第三端口(端口Ⅲ)与可调焦准直器12相连接，打开低相干光源1和激光测长光源2，通过数据采集系统19的显示波形，调节可调焦准直器12使低相干测量光束汇聚到待测透镜组13内部的某一位置，使待测透镜组1301中各表面反射光的耦合强度达到最强。
步骤三、打开第一MEMS光开关8和第二MEMS光开关9所构成的光开关组的第一通道，控制所述的延迟扫描臂10中的电机驱动移动平台1002，使电机驱动移动平台1002带动可移动扫描反射镜1003移动进行扫描，然后打开光开关组的第二通道，使电机驱动移动平台1002带动可移动扫描反射镜1003移动进行再次扫描，重复上述过程直至光开关组的第N个通道扫描完成，通过数据采集系统19同步采集每次扫描过程中第一光电探测器16和第二光电探测器17输出的电信号，输入到数据处理单元20。
步骤四、数据处理单元20利用标定算法确定光开关组不同通道测量范围，利用计算程序定位低相干测量信号中待测透镜组13各个表面对应的干涉峰值位置，并确定干涉峰值采样点的位置，将该采样点位置对应到激光测长干涉信号相同采样点位置，通过七步相移算法计算出激光测长干涉信号在该采样点的相位值φi，Ii-3～Ii+3是以第i个干涉峰值采样点位置为中心连续7个激光测长采样点的强度值，其计算公式为：
通过相位解包裹算法对计算出的相位值进行展开。
则待测透镜组13的每个间隙的物理厚度为：
式中，λ1为低相干光波长，λ2为测距激光波长，ng,air(λ1)为空气在光波长λ1下的群折射率，ng(λ1)为所测透镜组中透镜材料在光波长λ1下的群折射率，nair(λ2)为空气在光波长λ2下的折射率，φi+1和φi分别为低相干光干涉信号相邻峰值位置对应的激光测长信号采样点解包裹后的相位值。
以上所述的光开关组是由第一MEMS光开关8、第二MEMS光开关9和不同长度的延迟光纤组成，其具体长度由扫描导轨的扫描范围决定。每个通道使用不同长度的延迟光纤，使其具有不同的测量区间，且相邻通道间的测量区间有部分重叠，用于实际测量范围的标定和测量范围的扩展，每个通道测量范围标定方法如下：
本实施例中，延迟扫描臂10中电机驱动移动平台1002所选导轨的可扫描长度为200mm，第一MEMS光开关8和第二MEMS光开关9的通道数为4，以光开关组中第一通道的延迟光纤长度为基准，长度为1m，测量范围是0～200mm；第二通道的测量范围取为150～350mm，即第二通道的测量范围在第一通道基础上平移了150mm，该平移量由第二通道光纤长度所提供，石英光纤在1310nm处的群折射率为1.466，则第二通道光纤长度约为1.1m；第三通道的测量范围取为300～500mm，所选光纤长度约为1.2m；第四通道的测量范围取为450～650mm，所选光纤长度约为1.3m。
以上通道的测量范围只表示大致的测量范围，实际测量范围通过如下方法确定：在可调焦准直器12后加入一平面反射镜，调整反射镜的位置使干涉信号位于150～200mm测量范围内，光开关组的第一通道打开时，可移动扫描反射镜1003从导轨的零位扫描到最大位置处，则在第一通道150～200mm测量范围内出现一个干涉信号，如图5中干涉信号1；切换到第二通道后数据采集系统18以相同的频率采样，可移动扫描反射镜1003再从导轨的零位扫描到最大位置处，此时在第二通道150～200mm的测量范围内出现一个干涉信号，如图5中干涉信号2；利用包络提取算法定位干涉峰值位置，两次测量的采样结果通过干涉峰值对应起来，然后将第一通道最后的采样点对应到第二通道的某一采样点，即从该位置以后为第二通道的测量范围。移动平面反射镜的位置使干涉信号位于300～350mm范围内，利用相同的方法对第二通道和第三通道进行标定；移动平面反射镜的位置使干涉信号位于450～600mm范围内，利用相同的方法对第三通道和第四通道进行标定；
对于较长结构的光学镜组，在光开关组中不同通道进行扫描，先根据待测透镜组设计值计算出第一通道内所测量到的前部分镜组的镜面间距和透镜中心厚度，确定第一通道内所测得的最后一面，通过待测透镜组的设计值和通道间的标定结果确定下一通道所测量到的第一面，通过待测透镜组该部分的设计值确定第二通道内所测到的部分镜组的镜面间距和透镜中心厚度，以同样的方式确定第三和第四通道内的测量结果，从而完成一次完整测量。
Claims (9)
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)的第一端口和第二端口相连，所述的第一波分复用器(4)的第三端口通过光纤(18)与所述的光纤耦合器(7)的第一端口相连接；所述的第二波分复用器(5)的第三端口通过光纤(18)和所述的光纤耦合器(7)的第二端口相连，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)的第四端口通过光纤(18)与所述的第三波分复用器(6)的第一端口相连，所述的第三波分复用器(6)的第二端口通过光纤(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)的第一端口通过光纤(18)与所述的光纤耦合器(7)的第四端口相连接，所述的第三波分复用器(6)的第三端口具有连接光纤(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)的第一端口和第二端口相连，所述的第一光电探测器(16)和第二光电探测器(17)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光指示光源(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)为能够同时在1310nm和1550nm波长下工作的波分复用器。
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)是能够同时在1310nm和1550nm波长下工作，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光开关(8)和第二MEMS光开关(9)为能够同时在1310nm和1550nm波长下工作的微机电光开关。
8.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光电探测器(16)和第二光电探测器(17)的光谱响应范围为900～1700nm，分别接收波长1310nm的低相干测量光束及波长1550nm的激光测长光束所产生的干涉信号。
9.利用权利要求1所述的透镜组镜面间距的测量装置对待测透镜组的镜面光学间距的测量方法，其特征在于该方法包括下列步骤：
①将待测透镜组(13)固定在安装架(14)上，将待测透镜组(13)处于所述的可调焦准直器(12)后600mm～900mm之间的某个位置，将红光指示光源(3)的输出光纤连接到所述的可调焦准直器(12)的前焦点，打开红光指示光源(3)，通过所述的四维调整架(11)调节所述的可调焦准直器(12)，使所述的红光指示光源(3)输出的光束汇聚到待测透镜组(13)内部，并调节可调焦准直器(12)的光轴指向，使待测透镜组(13)的各表面反射回来的光点重合，则待测透镜组(13)的光轴与可调焦准直器(12)出射光的光轴重合，然后关闭所述的红光指示光源(3)，将所述的红光指示光源(3)的输出光纤从所述的可调焦准直器(12)的输入端移开；
②将所述的第三波分复用器(6)的第三端口的输出光纤连接到所述的可调焦准直器(12)的输入端，打开所述的低相干光源(1)和激光测长光源(2)，通过数据采集系统(19)的显示波形，调节所述的可调焦准直器(12)，使从所述的第三波分复用器(6)的第三端口输出的低相干测量光束汇聚到待测透镜组(13)内部，使待测透镜组(13)中各表面反射光的耦合强度达到最强；
③打开所述的第一MEMS光开关(8)和第二MEMS光开关(9)所构成的光开关组的第一通道，控制所述的延迟扫描臂(10)中的电机驱动移动平台(1002)，使电机驱动移动平台(1002)带动所述的可移动扫描反射镜(1003)移动进行扫描，然后打开光开关组的第二通道，使电机驱动移动平台(1002)带动可移动扫描反射镜(1003)移动进行再次扫描，重复上述过程直至光开关组的第N个通道扫描完成，通过数据采集系统(19)同步采集每次扫描过程中第一光电探测器(16)和第二光电探测器(17)输出的电信号，输入到数据处理单元(20)；
④所述的数据处理单元(20)利用标定算法确定光开关组不同通道测量范围，利用计算程序定位低相干测量信号中待测透镜组(13)各个表面对应的干涉峰值位置，并确定干涉峰值采样点的位置，将该采样点位置对应到激光测长干涉信号相同采样点位置，通过七步相移算法计算出激光测长干涉信号在该采样点的相位值φi，Ii-3～Ii+3是以第i个干涉峰值采样点位置为中心连续7个激光测长采样点的强度值，其计算公式为：
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通过相位解包裹算法对计算出的相位值进行展开,则待测透镜组(13)的每个间隙的物理厚度为：
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式中，λ1为低相干光波长，λ2为测距激光波长，ng,air(λ1)为空气在光波长λ1下的群折射率，ng(λ1)为所测透镜组中透镜材料在光波长λ1下的群折射率，nair(λ2)为空气在光波长λ2下的折射率，φi+1和φi分别为低相干光干涉信号相邻峰值位置对应的激光测长信号采样点解包裹后的相位值。
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