u干涉物镜7内的分光板上 分成参考光与测量光两束，分别照射至待测光纤12端面处，再经待测光纤12端面反射，从 分光棱镜6处反射至变焦成像透镜13,最后汇聚至CCD14处成像；所述的变焦成像透镜13 由三个双胶合透镜（双胶合透镜A16、双胶合透镜B18、双胶合透镜C19)和一个光阑17构 成，如图3所示，在光线到达成像面20的光路上依次设置，双胶合透镜A16、光阑17、双胶合 透镜B18和双胶合透镜C19,光阑17在其中限制了成像视场，改变双胶合透镜B18和双胶合 透镜C19相对于双胶合透镜A16的位置，进而改变变焦成像透镜13的焦距，达到变焦的目 的。Mirau干涉物镜7固定在压电陶瓷扫描台8上，待测光纤12固定在电动平移台10上； 上位机15输出控制信号给电动平移台驱动器11，控制电动平移台10运动，进而带动电动平 移台10上的待测光纤12沿Mirau干涉物镜7的光轴方向进行低精度运动，使待测光纤12 处于Mirau干涉物镜7的成像焦面处；对焦结束后，上位机15输出控制信号给压电陶瓷扫 描台驱动器9,控制压电陶瓷扫描台8沿Mirau干涉物镜7的光轴方向进行高精度扫描运 动，进而带动压电陶瓷扫描台8上的Mirau干涉物镜7进行扫描运动，形成干涉扫描。
[0024] 在本发明中，待测光纤12位于Mirau干涉物镜7的物方焦面处，因此从待测光纤 12端面处反射回Mirau干涉物镜7的光为平行光，这种设计为共辄距离为无限远的光路设 计，该成像光路中系统放大倍率β由下式决定：
[0025]
[0026] 其中，f' 变焦成像透镜13焦距，f' 2为Mirau干涉物镜7焦距，本发明基于 这个原理，通过改变变焦成像透镜13的焦距来调整系统的放大倍率，进而达到改变系统视 场的目的。
[0027] 本发明的基于变焦成像透镜13的光纤端面显微干涉测量系统的工作原理是：光 线从白光光源1出射后，经由分光棱镜6投射出的光线进入Mirau干涉物镜7,在Mirau干 涉物镜7内的分光板上分成参考光与测量光两束，分别照射至待测光纤12端面处，再经待 测光纤12端面反射，从分光棱镜6处反射至变焦成像透镜13,最后汇聚至CCD14处成像； 上位机15输出控制信号给电动平移台驱动器11，控制电动平移台10运动，带动电动平移台 10上的待测光纤12进行运动，使之处于Mirau干涉物镜7的物方焦面处，在(XD14上得到 待测光纤12端面清晰的像；调整孔径光阑3和视场光阑4的大小，使待测光纤12端面得到 均匀而充分的照明，且待测光纤12端面充满CCD14靶面；根据测量放大倍率要求，调整变焦 成像透镜13焦距，改变系统视场；上位机15通过控制压电陶瓷驱动器9使压电陶瓷扫描台 8带动Mirau干涉物镜7形成微位移扫描，从而改变待测面和参考面之间的相对距离，进而 改变测量光和参考光的光程差，在CCD14上得到整个待测光纤12端面的干涉条纹图像，经 由上位机15进行图像处理得出光纤端面的三维表面图像，并分析表面形貌特征。
【主权项】
1. 一种基于变焦成像透镜的光纤端面显微干涉测量系统，其特征在于：该测量系统由 白光光源、聚光镜A、孔径光阑、视场光阑、聚光镜B、分光棱镜、Mirau干涉物镜、压电陶瓷扫 描台、压电陶瓷扫描台驱动器、电动平移台、电动平移台驱动器、待测光纤、变焦成像透镜、 CCD和上位机构成；所述的聚光镜A和聚光镜B同光轴设置，设为光轴A，所述的Mirau干涉 物镜和变焦成像透镜同光轴设置，设为光轴B，所述的光轴A垂直于光轴B ;所述的分光棱镜 位于光轴A和光轴B的交点处，并且能够将沿光轴A的光进行90°反射到达Mirau干涉物 镜，同时，将Mirau干涉物镜的反射光进行180°折射后到达变焦成像透镜；CCD位于变焦成 像透镜的成像面上，并与上位机连接；所述的孔径光阑和视场光阑顺序设置在聚光镜A和 聚光镜B之间的光路上；所述的Mirau干涉物镜固定在压电陶瓷扫描台上，待测光纤固定在 电动平移台上，电动平移台通过电动平移台驱动器与上位机连接，压电陶瓷扫描台通过压 电陶瓷扫描台驱动器与上位机连接。2. 根据权利要求1所述的一种基于变焦成像透镜的光纤端面显微干涉测量系统，其特 征在于：所述的变焦成像透镜由双胶合透镜A、双胶合透镜B、双胶合透镜C和一个光阑构 成，依次设置在成像面之前的光路上。3. 根据权利要求1所述的一种基于变焦成像透镜的光纤端面显微干涉测量系统的测 量方法，其特征在于：光线从白光光源出射后，经由分光棱镜投射出的光线进入Mirau干 涉物镜，在Mirau干涉物镜内的分光板上分成参考光与测量光两束，分别照射至待测光纤 端面处，再经待测光纤端面反射，从分光棱镜处反射至变焦成像透镜，最后汇聚至CCD处成 像；上位机输出控制信号给电动平移台驱动器，控制电动平移台运动，带动电动平移台上的 待测光纤进行运动，使之处于Mirau干涉物镜的物方焦面处，在CCD上得到待测光纤端面清 晰的像；调整孔径光阑和视场光阑的大小，使待测光纤端面得到均匀而充分的照明，且待测 光纤端面充满CCD靶面；根据测量放大倍率要求，调整变焦成像透镜焦距，改变系统视场； 上位机通过控制压电陶瓷驱动器使压电陶瓷扫描台带动Mirau干涉物镜形成微位移扫描， 从而改变待测面和参考面之间的相对距离，进而改变测量光和参考光的光程差，在CCD上 得到整个待测光纤端面的干涉条纹图像，经由上位机进行图像处理得出光纤端面的三维表 面图像，并分析表面形貌特征。
【专利摘要】本发明公开了一种基于变焦成像透镜的光纤端面显微干涉测量系统，属于光学干涉测量技术领域。该测量系统由白光光源、聚光镜A、孔径光阑、视场光阑、聚光镜B、分光棱镜、Mirau干涉物镜、压电陶瓷扫描台、压电陶瓷扫描台驱动器、电动平移台、电动平移台驱动器、待测光纤、变焦成像透镜、CCD和上位机构成；本发明满足了不同视场条件下检测光纤端面的需求；有效解决了更换显微物镜的高成本和图像拼接造成的边缘模糊问题。
【IPC分类】G02B7/04, G01B9/02, G01B11/30
【公开号】CN105157625
【申请号】CN201510289781
【发明人】宋凝芳, 罗鑫凯, 李慧鹏, 李皎, 徐宏杰
【申请人】北京航空航天大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年5月29日