[發(fā)明專利]錐形鏡錐角測量裝置及測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410779061.2
• 申請日: 2015-08-03
• 公開（公告）號: CN104501743A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王瑩;曾愛軍;張運波;顧帥妍;黃惠杰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純;張寧展

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)檢測領(lǐng)域，特別是一種錐形鏡錐角測量裝置及測量方法。

技術(shù)背景

錐形鏡作為一個旋轉(zhuǎn)對稱角錐形光學(xué)元件，它可以為光學(xué)系統(tǒng)提供一個長焦深，這一特點使它廣泛應(yīng)用于激光束整形、激光鉆孔、光學(xué)檢測、激光諧振腔、非衍射光束的產(chǎn)生等方面，尤其在光刻照明系統(tǒng)中利用錐形鏡可以實現(xiàn)環(huán)形照明模式。對錐形鏡錐角的高精度、大范圍檢測一直以來備受關(guān)注。

在先技術(shù)[1](M.de?Angelis,S.De?Nicola,P.Ferraro,et?al.“Test?of?a?conical?lens?using?a?two-beam?shearing?interferometer”,Opt?Laser?Eng.39:155-163(2003).)利用兩束光剪切干涉技術(shù)檢測錐形鏡平面與錐形面形成的夾角，其光學(xué)結(jié)構(gòu)需要兩束具有一小角度的相干光透過錐形鏡，根據(jù)其干涉條紋求出兩束光相位差后計算其錐角，計算過程較復(fù)雜。

在先技術(shù)[2](Jun?Ma,Christof?Pruss,Matthias,et?al.“Systematic?analysis?of?the?measurement?of?cone?angles?using?high?line?density?computer-generated?holograms”,Optical?Engineering.50(5):05580-1-05880-9(2011).)使用Twyman-Green干涉儀對錐形鏡錐角進(jìn)行檢測，檢測前需制作高線密度的計算全息圖作為標(biāo)準(zhǔn)鏡，計算全息圖加工難度大，成本高。

在先技術(shù)[3](王瑩，曾愛軍，袁喬，黃惠杰，軸錐鏡錐角檢測裝置及其檢測方法，CN?201410109974，2014)給出了一種軸錐鏡錐角檢測裝置及其檢測方法，該裝置由平行光管、聚焦透鏡和圖像傳感器組成，在所述的平行光管和聚焦透鏡之間設(shè)置光楔和待測錐形鏡的插口。通過對比光楔與待測錐形鏡透射光經(jīng)聚焦透鏡聚焦到圖像傳感器感光面上像的位置偏差及光楔的楔角來計算錐形鏡的錐角。該裝置雖然能實現(xiàn)對任意角度錐形鏡的測量，但是測量錐角前需要制作光楔，不能實現(xiàn)實時測量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種錐形鏡錐角測量裝置及測量方法，該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，不需要標(biāo)準(zhǔn)鏡，即可實現(xiàn)錐形鏡的錐角測量等優(yōu)點。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種錐形鏡錐角測量裝置，特點在于該裝置由光源、聚焦透鏡、濾光小孔、分光鏡、準(zhǔn)直透鏡、反射鏡、圖像傳感器、第一調(diào)整機(jī)構(gòu)和帶有高精密角位移臺的第二調(diào)整機(jī)構(gòu)組成，上述元部件的位置關(guān)系如下：沿光源出射光束方向依次是聚焦透鏡、濾光小孔、分光鏡、準(zhǔn)直透鏡和反射鏡；所述的圖像傳感器位于準(zhǔn)直透鏡的前焦面，圖像傳感器與所述的準(zhǔn)直透鏡共光軸；所述的分光鏡位于圖像傳感器和準(zhǔn)直透鏡之間；所述的濾光小孔位于所述的聚焦透鏡的焦平面，所述的濾光小孔和圖像傳感器相對于所述的分光鏡共軛，在所述的準(zhǔn)直透鏡與反射鏡之間預(yù)留有待測錐形鏡的位置；該待測錐形鏡固定在第一調(diào)整機(jī)構(gòu)上，所述的反射鏡固定在第二調(diào)整機(jī)構(gòu)的精密角位移臺上。

利用上述錐形鏡錐角測量裝置進(jìn)行錐形鏡錐角的檢測方法，該方法包括以下步驟：

①所述的光源出射的光束經(jīng)聚焦透鏡聚焦到濾光小孔，通過濾光小孔的光經(jīng)分光鏡與準(zhǔn)直透鏡輸出準(zhǔn)直光束，該準(zhǔn)直光束照射所述的反射鏡，通過第二調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整所述的反射鏡，使反射鏡的反射光束原路返回，經(jīng)所述的準(zhǔn)直透鏡、分光鏡到達(dá)所述的圖像傳感器的中心位置，記錄所述的第二調(diào)整機(jī)構(gòu)的角位移臺的角度讀數(shù)β₁；

②將待測錐形鏡置于所述的第一調(diào)整機(jī)構(gòu)上，通過第一調(diào)整機(jī)構(gòu)的調(diào)整，使待測錐形鏡位于所述的準(zhǔn)直透鏡與反射鏡之間，經(jīng)所述的準(zhǔn)直透鏡的準(zhǔn)直光束從待測錐形鏡的平面入射；

③通過第一調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整所述的待測錐形鏡，使待測錐形鏡的反射光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡、分光鏡到達(dá)所述的圖像傳感器的中心位置；

④通過第二調(diào)整機(jī)構(gòu)的角位移臺轉(zhuǎn)動所述的反射鏡，使反射鏡的反射光束經(jīng)待測錐形鏡、準(zhǔn)直透鏡、分光鏡到達(dá)所述的圖像傳感器的中心位置，記錄第二調(diào)整機(jī)構(gòu)的角位移臺的角度讀數(shù)β₂，按下列公式計算得到所述的待測錐形鏡的錐角θ：