[發(fā)明專利]空間移相菲索球面干涉儀

有效

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• 申請日: 2011-11-16
• 公開（公告）號: CN102401630A
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發(fā)明（設計）人: 劉龍海;方瑞芳;陳貝特;熊超;徐傲;曾愛軍;黃惠杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01B9/023
• 分類號: G01B9/023;G02B5/30;G02B1/10
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發(fā)明涉及光學測量技術領域，特別是一種空間移相菲索球面干涉儀。

背景技術

菲索干涉儀將參考臂包含在測量臂中，實現(xiàn)了測量光與參考光的共光路干涉而具有很高的測量精度，在光學測量中應用廣泛。菲索干涉儀與空間移相器結合形成的空間移相菲索干涉儀可以實現(xiàn)抗振動測量，降低了對測量環(huán)境的要求，還可以進行波面的實時測量。

在先技術[1](參見Sanjib?Chatterjeea，Y.Pawan?Kumara，et?al..Measurement?of?surface?figure?of?plane?optical?surfaces?with?polarization?phase-shifting?Fizeau?interferometer.Optics?&?Laser?Technology，39，268-274，2007)描述了一種空間移相菲索干涉儀。由光源產生的線偏振光經(jīng)過濾波、擴束、準直后變成平行光束，它在標準鏡輸出端的參考面上形成兩束光，一束光由于參考面的反射形成線偏振參考光，另一束透過參考面形成測量光。在標準鏡與被測元件之間放置一塊四分之一波片，則測量光經(jīng)過被測面反射前后兩次經(jīng)過四分之一波片使其偏振方向旋轉90°，即線偏振測量光的偏振方向與參考光的偏振方向垂直。兩束偏振方向相互垂直的測量光與參考光經(jīng)過準直后依次通過另一塊四分之一波片、分光器、檢偏器陣列和圖像傳感器可以同時形成具有一定移相量的多幅移相干涉圖像。

在先技術[2](參見曾愛軍，郭小嫻，江曉軍等，同步移相菲索干涉儀.專利號：CN?200820151412.5)描述了一種空間移相菲索干涉儀。該干涉儀在標準鏡的出射面上鍍制雙折射薄膜代替先技術[1]中標準鏡與被測元件之間的四分之一波片來改變測量光的偏振方向。標準鏡與雙折射薄膜的共同界面為參考面，利用它的反射和透射形成偏振方向相互垂直的線偏振測量光與線偏振參考光。參考光與測量光進入包含有四分之一波片的同步移相器后產生具有一定移相量的多幅移相干涉圖像。

上述兩種技術在標準鏡與被測元件之間使用了四分之一波片或等效四分之一波片，而四分之一波片只能使用在平行光束中，故只能實現(xiàn)面形為平面的被測元件的測量，即上述兩種空間移相菲索干涉儀只能是菲索平面干涉儀。參考光和測量光均為線偏振光，其面測量誤差與殘余雙折射成線性關系，故測量精度受分光鏡、準直鏡和標準鏡的殘余雙折射的影響大。在移相器中必須使用四分之一波片，它的延遲量誤差和快軸方位角誤差都會降低測量精度。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的不足，提出了一種空間移相菲索球面干涉儀。該空間移相菲索球面干涉儀可以獲得具有一定移相量的多幅移相干涉圖像。該空間移相菲索球面干涉儀在標準鏡的入射面上鍍有雙折射薄膜，標準鏡的出射面為球面，可以實現(xiàn)球面被測元件的面形測量。該空間移相菲索球面干涉儀采用圓偏振參考光和測量光，減小準直透鏡和標準鏡的殘余雙折射的影響。移相光路中不再使用四分之一波片，提高面形的測量精度。

本發(fā)明的技術解決方案：

一種空間移相菲索球面干涉儀，特點在于其由準直光源、圓起偏器、聚焦透鏡、光闌、第一分束器、第一準直透鏡、雙折射薄膜型球面標準鏡、第二分束器、第一圖像傳感器、第二準直透鏡、達曼光柵、檢偏器陣列、第二圖像傳感器和計算機組成，其位置關系是：沿所述的準直光源的光束前進方向，依次是所述的圓起偏器、聚焦透鏡、光闌、第一分束器、第一準直透鏡、雙折射薄膜型球面標準鏡，所述的光闌位于所述的聚焦透鏡的后焦點和所述的第一準直透鏡的前焦點。在所述的第一分束器垂直于上述光束的前進方向上放置第二分束器，第二分束器將光束分為兩路，其中一路光被第一圖像傳感器接收，另外一路光經(jīng)過第二準直透鏡、達曼光柵、檢偏器陣列、第二圖像傳感器與計算機。當待測球面位于所述的雙折射薄膜型球面標準鏡的出射方向上。待測球面的球心與雙折射薄膜型球面標準鏡的焦點重合。

所述的雙折射薄膜型球面標準鏡由雙折射薄膜和球面標準鏡組成，球面標準鏡的入射面為平面，出射面為球面。雙折射薄膜鍍在球面標準鏡的入射面上，其相位延遲量為90°。

所述的達曼光柵是二維消零級達曼光柵，它利用衍射效應將一束入射光形成四個光強相等的子光束。

所述的檢偏器陣列由四個檢偏器在同一個平面內組合形成，四個檢偏器的透光軸方向分別為0°、45°、90°和135°。

與在先技術相比，本發(fā)明的技術效果如下：