CN113203364A - 光学镜头间距测量系统的共聚焦定焦装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光学镜头间距测量系统的共聚焦定焦装置，该光学镜头间距测量系统包括低相干扫频光源、耦合器、参考臂、第一探测器和第一准直器，该共聚焦定焦装置包括小孔反射镜、调焦透镜、聚焦透镜、针孔板和第二探测器。本发明中，通过设置在聚焦透镜焦点处的针孔板遮挡非聚焦的能量，形成共焦探测，进而可以根据第二探测器探测到的能量信号确定调焦透镜的焦点是否刚好聚焦在待测镜面上，从而可实现调焦透镜的定焦，操作简便，易于实现；本发明中，通过小孔反射镜将测量系统不能进入第一准直器的光能利用起来，提高了测量系统能量的利用率。

Description

光学镜头间距测量系统的共聚焦定焦装置
技术领域
本发明涉及光学测量技术领域，特别涉及一种光学镜头间距测量系统的共聚焦定焦装置。
背景技术
利用光学相干层析原理(SSOCT)进行光学间距的触式测量由于具有非接触性、测量精度高等优点已得到了广泛应用，但由于现有技术中对于这类测量系统的调焦存在操作复杂等问题，限制了这类测量系统的应用范围。例如，专利201810447356.8公开了一种光学表面间距非接触式测量装置和方法，其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；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。但该装置在测量大量程多镜片的镜头时，没有办法准确的将调焦镜头的焦点调整到待测镜面上，进而导致系统在进行复杂的镜头测试时信噪比低，需要多次反复调试才能找到理想的光斑聚焦位置。
所以，现在需要一种更可靠的方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种光学镜头间距测量系统的共聚焦定焦装置。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种光学镜头间距测量系统的共聚焦定焦装置，该光学镜头间距测量系统包括低相干扫频光源、耦合器、参考臂、第一探测器和第一准直器，该共聚焦定焦装置包括小孔反射镜、调焦透镜、聚焦透镜、针孔板和第二探测器；
所述低相干扫频光源发出的光经过所述耦合器后被分为样品光和参考光，参考光进入所述参考臂后被反射沿原路返回，样品光进入所述第一准直器被准直为平行光，然后透过所述小孔反射镜后被所述调焦透镜聚焦至待测的样品；
样品发出的样品反射光经所述调焦透镜收集后，其中一部分样品反射光透过所述小孔反射镜，并经所述第一准直器后进入所述耦合器，与返回的考光干涉，然后被所述第一探测器接收；其中的另一部分样品反射光被所述小孔反射镜反射，然后被所述聚焦透镜聚焦至所述针孔板，经所述针孔板过滤掉离焦光后被所述第二探测器接收。
优选的是，所述小孔反射镜为中间带有椭圆孔的平面反射镜。
优选的是，所述小孔反射镜为中心具有针孔且针孔外周镀有反射膜的玻璃平片。
优选的是，所述小孔反射镜为镀有反射膜的玻璃平片，且该玻璃平片中心具有的未镀膜的可透光的小孔区域。
优选的是，小孔反射镜与第一准直器出射的平行光之间的夹角为45°。
优选的是，所述调焦透镜为液体变焦透镜、机械位移透镜或者机械位移透镜组。
优选的是，所述参考臂包括沿光路依次设置的第二准直器、色散匹配棱镜和可移动平面反射镜，所述耦合器出射的参考光依次经过所述第二准直器、色散匹配棱镜后被所述可移动平面反射镜反射，然后沿原路返回，依次经过所述色散匹配棱镜、第二准直器后返回至所述耦合器。
本发明的有益效果是：
本发明中，通过设置在聚焦透镜焦点处的针孔板遮挡非聚焦的能量，形成共焦探测，进而可以根据第二探测器探测到的能量信号确定调焦透镜的焦点是否刚好聚焦在待测镜面上，从而可实现调焦透镜的定焦，操作简便，易于实现；
本发明中，通过小孔反射镜将测量系统不能进入第一准直器的光能利用起来，提高了测量系统能量的利用率。
附图说明
图1为本发明的光学镜头间距测量系统的共聚焦定焦装置的结构示意图；
图2为本发明中对针孔板的作用说明的示意图。
附图标记说明：
1—低相干扫频光源；2—耦合器；3—参考臂；30—第二准直器；31—色散匹配棱镜；32—可移动平面反射镜；
4—第一准直器；5—第一探测器；
6—共聚焦定焦装置；60—小孔反射镜；61—调焦透镜；62—聚焦透镜；63—针孔板；64—第二探测器。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1所示，本实施例的一种光学镜头间距测量系统的共聚焦定焦装置6，该光学镜头间距测量系统包括低相干扫频光源1、耦合器2、参考臂3、第一探测器5和第一准直器4，该共聚焦定焦装置6包括小孔反射镜60、调焦透镜61、聚焦透镜62、针孔板63和第二探测器64；
低相干扫频光源1发出的光经过耦合器2后被分为样品光和参考光，参考光进入参考臂3后被反射沿原路返回，样品光进入第一准直器4被准直为平行光，然后透过小孔反射镜60后被调焦透镜61聚焦至待测的样品(本实施例中为镜片)；
样品发出的样品反射光经调焦透镜61收集后，其中一部分样品反射光透过小孔反射镜60，并经第一准直器4后进入耦合器2，与返回的考光干涉，然后被第一探测器5接收，转化为电信号；其中的另一部分样品反射光被小孔反射镜60反射，然后被聚焦透镜62聚焦至针孔板63，经针孔板63过滤掉离焦光后被第二探测器64接收，转化为电信号。
本实施例中，参考臂3包括沿光路依次设置的第二准直器30、色散匹配棱镜31和可移动平面反射镜32，耦合器2出射的参考光依次经过第二准直器30、色散匹配棱镜31后被可移动平面反射镜32反射，然后沿原路返回，依次经过色散匹配棱镜31、第二准直器30后返回至耦合器2。
本发明中采用了共聚焦原理来实现系统的定焦，为了便于理解，本实施例中结合附图1和图2对共聚焦定焦装置6中的共聚焦成像进行说明。
参照图1和图2，图2主要用于说明针孔板63的作用。待测样品反射的光中，只有处于调焦透镜61的焦平面上的点所发出的光(经调焦透镜61收集、小孔反射镜60反射、聚焦透镜62聚焦至针孔板63)才能透过针孔板63上的针孔(如图2中的光线A)，入射到第二探测器64；处于调焦透镜61的焦平面以为的点所发出的光在针孔板63平面是离焦的，绝大部分无法通过针孔板63中心的小孔(如图2中的光线B)；针孔板63上针孔的位置始终与调焦透镜61的焦点是一一对应的关系(共轭)。
在本实施例中进行定焦的原理为：当调焦透镜61的焦点刚好调整到待测镜片表面时，镜片表面反射的光刚好能透过针孔板63上的针孔，被第二探测器64接收，焦点之外的光线则被针孔板63遮挡，不会被第二探测器64探测到；当调焦透镜61的焦点未刚好在待测镜片表面时，镜片表面返射的光线会被小孔遮挡，不会被第二探测器64探测到，所以通过第二探测器64接收的光的能量强弱就可以判断调焦透镜61的焦点是否刚好聚焦在待测镜片表面，从而实现调焦透镜61的定焦。
例如，在一种可选的是实施例中，调焦测试的步骤为：
1.连接好设备，沿测量光束的轴线位置放置待测样品；
2.首先将调焦镜头的焦距调整在待测样品上方空气处，然后调节调焦镜头的焦距使焦点向待测样品的第一个镜面方向移动，观察共焦能量曲线；
3.当共焦探测器曲线达到最大值时，停止调焦，此时，调焦镜头刚好聚焦于待测样品的第一个镜面上；
4.共焦探测器开启一直监控能量的返回，若继续调焦，在调焦过程中每出现一次峰值，则说明此时调焦镜头的聚焦位置刚好依次位于相应镜片表面上；
5.经过图像处理采集到的光学相干层析数据，可得到当前测量范围内镜面所对应的脉冲峰，进而得到待测镜面之间的相对位置；
6.移动平面反射镜约单次测量范围长度的1/3，使得光学相干层析的零频位置移动，使得有限测量深度覆盖下一个测量区。
7.每切换一次测量区域，则应相应的调节调焦透镜的焦距位置，使其聚焦于待测区域的镜面部分，然后进行测试；
8.重复步骤5-7，直至测量结束。
在一种实施例中，小孔反射镜60为中间带有椭圆孔的平面反射镜。在另一种实施例中，小孔反射镜60为中心具有针孔且针孔外周镀有反射膜的玻璃平片。在另一种实施例中，小孔反射镜60为镀有反射膜的玻璃平片，且该玻璃平片中心具有的未镀膜的圆孔区域，该圆孔区域形成可透过光的针孔。
在一种实施例中，小孔反射镜60与第一准直器4出射的平行光之间的夹角为45°。平行光在小孔反射镜60上的投影为椭圆光束，该椭圆光束中大于小孔反射镜60的针孔的光被反射，小于小孔反射镜60的针孔的光则可通过该针孔。
在一种实施例中，调焦透镜61为液体变焦透镜、机械位移透镜或者机械位移透镜组。调焦透镜61将入射的平行光聚焦，且通过位移调焦改变聚焦的焦点深度，使得聚焦的焦点能移动到样品的不同深度位置。
在光学镜头间距测量系统中，由于第一准直器数值孔径受限，待测镜片反射的大量轴外光无法被收集，因此在本发明中，通过小孔反射镜60可将该部分光收集起来用于共聚焦探测，该部分光中反馈了调焦透镜61的焦点信息，因此根据收集的该部分光来控制的调焦，使得能量利用得以最大化。
本发明中，通过设置在聚焦透镜62焦点处的针孔板63遮挡非聚焦的能量，形成共焦探测，进而可以根据第二探测器64探测到的能量信号确定调焦透镜61的焦点是否刚好聚焦在待测镜面上，从而可实现调焦透镜61的定焦；
本发明中，通过小孔反射镜60将测量系统不能进入第一准直器4的光能利用起来，提高了系统能量的利用率。
需要理解的是，其中的各光学元件均采用常规产品即可。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (7)

1.一种光学镜头间距测量系统的共聚焦定焦装置，其特征在于，该光学镜头间距测量系统包括低相干扫频光源、耦合器、参考臂、第一探测器和第一准直器，该共聚焦定焦装置包括小孔反射镜、调焦透镜、聚焦透镜、针孔板和第二探测器；
所述低相干扫频光源发出的光经过所述耦合器后被分为样品光和参考光，参考光进入所述参考臂后被反射沿原路返回，样品光进入所述第一准直器被准直为平行光，然后透过所述小孔反射镜后被所述调焦透镜聚焦至待测的样品；
样品发出的样品反射光经所述调焦透镜收集后，其中一部分样品反射光透过所述小孔反射镜，并经所述第一准直器后进入所述耦合器，与返回的考光干涉，然后被所述第一探测器接收；其中的另一部分样品反射光被所述小孔反射镜反射，然后被所述聚焦透镜聚焦至所述针孔板，经所述针孔板过滤掉离焦光后被所述第二探测器接收。
2.根据权利要求1所述的光学镜头间距测量系统的共聚焦定焦装置，其特征在于，所述小孔反射镜为中间带有椭圆孔的平面反射镜。
3.根据权利要求1所述的光学镜头间距测量系统的共聚焦定焦装置，其特征在于，所述小孔反射镜为中心具有小孔且小孔外周镀有反射膜的玻璃平片。
4.根据权利要求1所述的光学镜头间距测量系统的共聚焦定焦装置，其特征在于，所述小孔反射镜为镀有反射膜的玻璃平片，且该玻璃平片中心具有的未镀膜的可透光的小孔区域。
5.根据权利要求2-4中任意一项所述的光学镜头间距测量系统的共聚焦定焦装置，其特征在于，所述小孔反射镜与第一准直器出射的平行光之间的夹角为45°。
6.根据权利要求1所述的光学镜头间距测量系统的共聚焦定焦装置，其特征在于，所述调焦透镜为液体变焦透镜、机械位移透镜或者机械位移透镜组。
7.根据权利要求1所述的光学镜头间距测量系统的共聚焦定焦装置，其特征在于，所述参考臂包括沿光路依次设置的第二准直器、色散匹配棱镜和可移动平面反射镜，所述耦合器出射的参考光依次经过所述第二准直器、色散匹配棱镜后被所述平面反射镜反射，然后沿原路返回，依次经过所述色散匹配棱镜、第二准直器后返回至所述耦合器。
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