用于非接触低相干光学间距测量系统的差动辅助调焦装置

1.本实用新型涉及光学测量技术领域，特别涉及一种用于非接触低相干光学间距测量系统的差动辅助调焦装置。


背景技术：

2.基于oct(光学相干层析成像)原理进行镜片光学间距的非接触测量触式测量具有广泛应用，但这些测试系统普遍存在调试操作困难、复杂等问题，尤其是系统的调焦操作，经常费时费力。例如，专利201810447356.8公开的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；但该装置在测量多片的镜头时，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。再如专利201610012510.x公开的光学镜组镜面间隙测量装置和测量方法，其利用低相干光干涉法进行非接触测量，能够实现非接触式光学镜组镜面的厚度及间隙，但其存在系统调焦困难的缺陷。
3.所以，现在有必要提供一种可靠的针对非接触低相干光学间距测量系统的调焦方案。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种用于非接触低相干光学间距测量系统的差动辅助调焦装置。
5.为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种用于非接触低相干光学间距测量系统的差动辅助调焦装置，该非接触低相干光学间距测量系统包括变焦透镜，该差动辅助调焦装置包括：分色镜、差动探测光源模块以及差动共焦探测模块；
6.所述差动探测光源模块包括可见光源、准直透镜和第一分光镜；
7.所述差动共焦探测模块包括第二分光镜、第一聚焦透镜、第一针孔、第一探测器、第二聚焦透镜、第二针孔以及第二探测器；
8.所述可见光源出射的可见光经过所述准直透镜准直后依次透射所述第一分光镜和分色镜，然后经所述变焦透镜聚焦至待测样品上，所述待测样品反射的光经过所述变焦透镜后再透射所述分色镜，然后被所述第一分光镜反射至所述第二分光镜被分为两部分：一部分光经过所述第一聚焦透镜后到达所述第一针孔，透过所述第一针孔的光被所述第一探测器接收；另一部分光经过所述第二聚焦透镜后到达所述第二针孔，透过所述第二针孔的光被所述第二探测器接收。
9.优选的是，其中，所述第一针孔位于所述第一聚焦透镜出射的第一部分光的焦点位置的前端，所述第二针孔位于所述第二聚焦透镜出射的第二部分光的焦点位置的后端，
且所述第一针孔和第二针孔的离焦距离相等。
10.优选的是，所述非接触低相干光学间距测量系统还包括oct低相干扫频光源、耦合器、第一准直器、第三聚焦透镜、反射镜、第三探测器以及第二准直器；
11.所述oct低相干扫频光源发出的光经过所述耦合器后分为两部分：第一部分光经所述第一准直器、第三聚焦透镜后到达所述反射镜，被反射后原路返回到所述耦合器；第二部分光经所述第二准直器准直后被所述分色镜反射，然后经所述变焦透镜聚焦至待测样品上，待测样品反射的光再沿原路返回，经过所述变焦透镜、分色镜反射、第二准直器后到达所述耦合器，与第一部分光进行干涉后再被所述第三探测器接收。
12.优选的是，所述oct低相干扫频光源为中心波长为1310nm的可调谐光源。
13.优选的是，所述分色镜反射波长为1310
±
100nm的光，透射可见光。
14.本实用新型的有益效果是：
15.本实用新型采用了差动共焦的原理来对变焦透镜进行调焦，根据第一探测器和第二探测器接收到的光信号的信号差来调整变焦透镜的焦距，实现非接触低相干光学间距测量系统在测量过程中的定焦，能够达到快速定焦的效果；本实用新型中的差动探测光源模块的光源又可以作为非接触低相干光学间距测量系统的指示光源，能简化非接触低相干光学间距测量系统。
附图说明
16.图1为本实用新型的用于非接触低相干光学间距测量系统的差动辅助调焦装置的结构示意图。
17.附图标记说明：
18.1—分色镜；2—差动探测光源模块；3—差动共焦探测模块；5—待测样品；20—可见光源；21—准直透镜；22—第一分光镜；30—第二分光镜；31—第一聚焦透镜；32—第一针孔；33—第一探测器；34—第二聚焦透镜；35—第二针孔；36—第二探测器；40—变焦透镜；41—oct低相干扫频光源；42—耦合器；43—第一准直器；44—第三聚焦透镜；45—反射镜；46—第三探测器；47—第二准直器。
具体实施方式
19.下面结合实施例对本实用新型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。
20.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。
21.如图1所示，本实施例的一种用于非接触低相干光学间距测量系统的差动辅助调焦装置，该非接触低相干光学间距测量系统包括变焦透镜40，该差动辅助调焦装置包括：分色镜1、差动探测光源模块2以及差动共焦探测模块3；
22.差动探测光源模块2包括可见光源20、准直透镜21和第一分光镜22；
23.差动共焦探测模块3包括第二分光镜30、第一聚焦透镜31、第一针孔32、第一探测器33、第二聚焦透镜34、第二针孔35以及第二探测器36；
24.可见光源20出射的可见光经过准直透镜21准直后依次透射第一分光镜22和分色
镜1，然后经变焦透镜40聚焦至待测样品5上，待测样品5反射的光经过变焦透镜40后再透射分色镜1，然后被第一分光镜22反射至第二分光镜30被分为两部分：一部分光经过第一聚焦透镜31后到达第一针孔32，透过第一针孔32的光被第一探测器33接收；另一部分光经过第二聚焦透镜34后到达第二针孔35，透过第二针孔35的光被第二探测器36接收。
25.其中，第一针孔32位于第一聚焦透镜31出射的第一部分光的焦点位置的前端，第二针孔35位于第二聚焦透镜34出射的第二部分光的焦点位置的后端，且第一针孔32和第二针孔35的离焦距离相等。
26.其中，非接触低相干光学间距测量系统还包括oct低相干扫频光源41、耦合器42、第一准直器43、第三聚焦透镜44、反射镜45、第三探测器46以及第二准直器47；
27.oct低相干扫频光源41发出的光经过耦合器42后分为两部分：第一部分光经第一准直器43、第三聚焦透镜44后到达反射镜45，被反射后原路返回到耦合器42；第二部分光经第二准直器47准直后被分色镜1反射，然后经变焦透镜40聚焦至待测样品5上，待测样品5反射的光再沿原路返回，经过变焦透镜40、分色镜1反射、第二准直器47后到达耦合器42，与第一部分光进行干涉后再被第三探测器46接收。
28.在优选的实施例中，oct低相干扫频光源41为中心波长为1310nm的可调谐光源。分色镜1反射波长为1310
±
100nm的光，透射可见光。
29.其中，差动探测光源模块2的可见光源20还可以作为样品测试调整过程中的引导指示光源，能方便对样品的位置进行调整，且能够简化非接触低相干光学间距测量系统。
30.本实用新型的差动辅助调焦装置采用了差动共焦的原理来对变焦透镜40进行调焦，根据第一探测器33和第二探测器36接收到的光信号的信号差来调整变焦透镜40的焦距，实现非接触低相干光学间距测量系统在测量过程中的定焦，能够达到快速定焦的效果。
31.其中，需要理解的是，差动共焦的原理为现有技术，本实用新型并未对差动共焦的原理进行方法上的改进，本实用新型的目的是将差动共焦应用于非接触低相干光学间距测量系统的定焦，为便于理解，以下结合图1，对差动共焦的原理进行进一步说明。非接触低相干光学间距测量系统主要用于光学元件的间距测量，如光学镜片，以下以光学镜片为待测样品5进行说明。
32.本实施例的差动辅助调焦装置中，第一针孔32位于第一聚焦透镜31出射的第一部分光的焦点位置的前端(例如离焦距离为+k)，第二针孔35位于第二聚焦透镜34出射的第二部分光的焦点位置的后端(离焦距离为-k)，第一针孔32和第二针孔35的离焦距离相等，通过对两路探测器的信号求差值，得到聚焦误差信号，形成差动式双探测器探测。当待测的光学镜片的表面位于变焦透镜40的焦平面(物方焦平面)后方一个微小距离时，镜片表面的反射光通过元件后分为两路，分别汇聚于两路光的像方焦平面(第一聚焦透镜31和第二聚焦透镜34的焦平面)前方，汇聚点距离第一探测器33位置较近，此时第一探测器33探测到的信号强；当镜片表面位于变焦透镜40的焦平面(物方焦平面)的前方一个微小距离时，待测样品5的反射光通过元件后分为两路，分别汇聚于两路光的像方焦平面(第一聚焦透镜31和第二聚焦透镜34的焦平面)后方，汇聚点距离第二探测器36较近，此时第二探测器36探测到的信号强。当镜片表面位于物方焦平面处时，根据光轴上焦点附近光强关于几何焦点对称分布的特性，第一探测器33和第二探测器36的探测信号的差值为零。这样就可以根据两个探测器上的探测信号大小比较来反映镜片表面距离变焦透镜40的焦平面的位置，从而能够实
现变焦透镜40的定焦。例如，当第一探测器33探测到的信号强、第二探测器36探测到的信号弱时，则需要调节使得变焦透镜40的焦平面朝向镜片表面位置移动，当第二探测器36探测到的信号强、第一探测器33探测到的信号弱时，则需要调节使得变焦透镜40的焦平面背向镜片表面位置移动，当第一探测器33和第二探测器36的探测信号的差值为零时，说明镜片表面正好处于变焦透镜40的焦平面上。
33.本实用新型通过差动共焦探测模块3中的第一探测器33和第二探测器36的信号，可以直接判断调焦透镜焦点的位置，进而能够实现快速调焦。进一步的，差动探测光源模块2的光源又可以作为非接触低相干光学间距测量系统的指示光源，简化了非接触低相干光学间距测量系统。
34.其中，变焦透镜40可采用液体变焦透镜40、机械位移透镜或者机械位移透镜组。变焦透镜40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。
35.需要理解的是，其中的各光学元件(如第一探测器33、第二探测器36、第三探测器46等)均采用常规产品即可，本实用新型中不做具体限定。
36.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
37.尽管本实用新型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实用新型的领域，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，本实用新型并不限于特定的细节。