[發明專利]基于無衍射光莫爾條紋的軸錐鏡錐角檢測裝置及方法

有效

• 申請號: 201811449854.2
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN109443246B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 楊練根;劉凡;冉晶晶;羅雅梅;李勁松;黃嬌潔
• 申請（專利權）人: 湖北工業大學
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 鄭勤振

本發明公開了基于無衍射光莫爾條紋的軸錐鏡錐角檢測裝置及方法，檢測裝置包括光源，沿光源出射光束方向依次設置有濾光片、雙孔屏、軸錐鏡和圖像傳感器，濾光片平行置于遮光板內，軸錐鏡的錐面朝向圖像傳感器。光源出射的光束經濾光片濾光投射到雙孔屏上，光束經雙孔屏分光形成兩路光束從軸錐鏡平面入射，每路光束經軸錐鏡后以其軸線為基準匯聚到軸線不同點上，形成無衍射光，圖像傳感器采集所述兩路無衍射光干涉圖，根據所述兩路無衍射光在軸錐鏡后方形成的兩個同心圓環的中心位置，以及兩個同心圓環相互重疊干涉形成的莫爾條紋數量計算出軸錐鏡的軸錐角。

技術領域

本發明涉及光學檢測領域，特別是基于無衍射光莫爾條紋的軸錐鏡錐角檢測裝置及方法。

背景技術

軸錐鏡是一種旋轉對稱角錐形光學元件，由于它長的焦深以及窄的橫向寬度，被廣泛應用于激光束整形、激光鉆孔、光學檢測、激光諧振腔、非衍射光束的產生等方面。在投影光刻機中，軸錐鏡可以將傳統照明模式轉換成環形照明模式，是其照明系統的核心元器件之一,加工過程中需要精確地檢測其錐角大小。

在先技術[1](M.de Angelis,S.De Nicola,P.Ferraro,et al.“Test of aconical lens using a two-beam shearing interferometer”,Opt Laser Eng.39:155-163(2003).)利用兩光束剪切干涉技術檢測衍射錐形透鏡，用于測量由平面和透鏡的錐形面形成的角度。此技術是通過待測錐形透鏡實現兩個相干面波前傳輸的一種離軸干涉檢測方法。該方法對大角度軸錐鏡的測量是無效的。

在先技術[2](Jun Ma,Christof Pruss,Matthias,et al.“Systematic analysisof the measurement of cone angles using high line density computer-generatedholograms”,Optical Engineering.50(5):05580-1-05880-9(2011).)，給出了錐角測量的實驗研究法。此方法首先需要制作一個高線密度的計算全息圖，其次對干涉儀進行校準，還需要把待測軸錐鏡進行軸向移動以及圓周旋轉。

在先技術[3](袁喬.軸錐鏡錐角的檢測方法[P].中國專利：103292743B.2013-05-24)提出了一種錐角測量的方法，通過檢測光束經軸錐鏡在聚焦透鏡像方焦面處光斑大小，進而計算錐角大小。但該方法無法對小角度軸錐鏡進行測量。

先技術[4](王瑩.基于雙波長光源的軸錐鏡錐角檢測裝置及檢測方法[P].中國專利：103994734B.2014-05-22)描述了一種雙波長光源測量方法，利用不同波長折射率的差異性測量錐角角度。但忽略了不同波長對成像透鏡焦點距離的影響，導致測量結果的不精準。

發明內容

本發明一方面的目的在于提供一種軸錐鏡錐角檢測裝置，包括光源，沿光源出射光束方向依次設置有濾光片、雙孔屏、軸錐鏡和圖像傳感器，濾光片平行置于遮光板內，軸錐鏡的錐面朝向圖像傳感器。光源出射的光束經濾光片濾光投射到雙孔屏上，光束經雙孔屏分光形成兩路光束從軸錐鏡平面入射，每路光束經軸錐鏡后以其軸線為基準匯聚到軸線不同點上，形成無衍射光，圖像傳感器采集所述兩路無衍射光干涉圖，根據所述兩路無衍射光在軸錐鏡后方形成的兩個同心圓環的中心位置，以及兩個同心圓環相互重疊干涉形成的莫爾條紋數量計算出軸錐鏡的軸錐角θ。

本發明另一方面的目的在于提供一種軸錐鏡錐角檢測方法，包括：

沿光源出射光束方向依次設置濾光片、雙孔屏、軸錐鏡和圖像傳感器，濾光片平行置于遮光板內，軸錐鏡的錐面朝向圖像傳感器；

啟動光源，光源出射的光束經濾光片濾光投射到雙孔屏上，所述光束經雙孔屏分光形成兩路光束，調節軸錐鏡位置，使所述兩路光束從軸錐鏡平面入射，每路光束經軸錐鏡后以其軸線為基準匯聚到軸線不同點上，形成無衍射光；