錐形鏡錐角測量裝置及測量方法
【專利摘要】一種錐形鏡錐角測量裝置及測量方法，錐形鏡錐角測量裝置由光源、聚焦透鏡、濾光小孔、分光鏡、準直透鏡、反射鏡、圖像傳感器、第一調(diào)整機構(gòu)和帶有高精密角位移臺的第二調(diào)整機構(gòu)組成，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、不需要標準鏡即可實現(xiàn)錐形鏡的錐角測量等優(yōu)點。
【專利說明】錐形鏡錐角測量裝置及測量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及光學檢測領(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
[0002] 錐形鏡作為一個旋轉(zhuǎn)對稱角錐形光學元件，它可W為光學系統(tǒng)提供一個長焦深， 該一特點使它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(chǎn) 生等方面，尤其在光刻照明系統(tǒng)中利用錐形鏡可W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W來備受關(guān)注。
[000引 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 化g. 39:155-163 (2003).)利用兩束光剪切干設(shè)技術(shù)檢測錐形鏡平面與錐形面形成的夾角， 其光學結(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)其干設(shè)條紋求出兩束光相位 差后計算其錐角，計算過程較復雜。
[0004] 在先技術(shù)巧](Jun Ma, Qiristof Pruss, Matthias, et al. "Systematic analysis of the measurement of cone angles using high line density computer-generated holograms" , Optical Engineering. 50 巧）：05580-l-05880-9 (2011).)使用 Twyman-Green 干設(shè)儀對錐形鏡錐角進行檢測，檢測前需制作高線密度的計算全息圖作為標準鏡，計算全 息圖加工難度大，成本高。
[0005] 在先技術(shù)巧](王奎，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)置光模和待測錐形 鏡的插口。通過對比光模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 的位置偏差及光模的模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模，不能實現(xiàn)實時測量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 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，不需要標準鏡，即可實現(xiàn)錐形鏡的錐角測量等優(yōu)點。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下；
[000引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、 準直透鏡、反射鏡、圖像傳感器、第一調(diào)整機構(gòu)和帶有高精密角位移臺的第二調(diào)整機構(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、 準直透鏡和反射鏡；所述的圖像傳感器位于準直透鏡的前焦面，圖像傳感器與所述的準直 透鏡共光軸；所述的分光鏡位于圖像傳感器和準直透鏡之間；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輛，在所述的準 直透鏡與反射鏡之間預留有待測錐形鏡的位置；該待測錐形鏡固定在第一調(diào)整機構(gòu)上，所 述的反射鏡固定在第二調(diào)整機構(gòu)的精密角位移臺上。
[0009] 利用上述錐形鏡錐角測量裝置進行錐形鏡錐角的檢測方法，該方法包括W下步 驟：
[0010] 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 鏡與準直透鏡輸出準直光束，該準直光束照射所述的反射鏡，通過第二調(diào)整機構(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)所述的準直透鏡、分光鏡到達所述的圖像傳感 器的中屯、位置，記錄所述的第二調(diào)整機構(gòu)的角位移臺的角度讀數(shù)01;
[0011] ②將待測錐形鏡置于所述的第一調(diào)整機構(gòu)上，通過第一調(diào)整機構(gòu)的調(diào)整，使待測 錐形鏡位于所述的準直透鏡與反射鏡之間，經(jīng)所述的準直透鏡的準直光束從待測錐形鏡的 平面入射；
[0012] ⑨通過第一調(diào)整機構(gòu)調(diào)整所述的待測錐形鏡，使待測錐形鏡的反射光經(jīng)準直透 鏡、分光鏡到達所述的圖像傳感器的中屯、位置；
[0013] ④通過第二調(diào)整機構(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、準直透鏡、分光鏡到達所述的圖像傳感器的中屯、位置，記錄第二調(diào)整機構(gòu)的角位移 臺的角度讀數(shù)02,按下列公式計算得到所述的待測錐形鏡的錐角0 :
[0014]

【權(quán)利要求】
1. 一種錐形鏡錐角測量裝置，特征在于該裝置由光源（1)、聚焦透鏡（2)、濾光小孔 (3)、分光鏡（5)、準直透鏡（6)、反射鏡（9)、圖像傳感器（4)、第一調(diào)整機構(gòu)（8)和帶有高精 密角位移臺的第二調(diào)整機構(gòu)（10)組成，上述元部件的位置關(guān)系如下：沿光源（1)出射光束 方向依次是聚焦透鏡（2)、濾光小孔（3)、分光鏡（5)、準直透鏡（6)和反射鏡（9);所述的圖 像傳感器（4)位于準直透鏡（6)的前焦面，圖像傳感器（4)與所述的準直透鏡（6)共光軸； 所述的分光鏡（5)位于圖像傳感器（4)和準直透鏡（6)之間；所述的濾光小孔（3)位于所 述的聚焦透鏡（2)的焦平面，所述的濾光小孔（3)和圖像傳感器（4)相對于所述的分光鏡 (5)共軛，在所述的準直透鏡（6)與反射鏡（9)之間預留有待測錐形鏡（7)的位置；該待測 錐形鏡（7)固定在第一調(diào)整機構(gòu)（8)上，所述的反射鏡（9)固定在第二調(diào)整機構(gòu)（10)的精 密角位移臺上。
2. 利用權(quán)利要求1所述的錐形鏡錐角測量裝置進行錐形鏡錐角的檢測方法，其特征在 于該方法包括以下步驟： ① 所述的光源（1)出射的光束經(jīng)聚焦透鏡（2)聚焦到濾光小孔（3)，通過濾光小孔（3) 的光經(jīng)分光鏡（5)與準直透鏡（6)輸出準直光束，該準直光束照射所述的反射鏡（9)，通過 第二調(diào)整機構(gòu)（10)調(diào)整所述的反射鏡（9)，使反射鏡（9)的反射光束原路返回，經(jīng)所述的準 直透鏡（6)、分光鏡（5)到達所述的圖像傳感器（4)的中心位置，記錄所述的第二調(diào)整機構(gòu) (10)的角位移臺的角度讀數(shù) ② 將待測錐形鏡（7)置于所述的第一調(diào)整機構(gòu)（8)上，通過第一調(diào)整機構(gòu)（8)的調(diào)整， 使待測錐形鏡（7)位于所述的準直透鏡（6)與反射鏡（9)之間，經(jīng)所述的準直透鏡（6)的 準直光束從待測錐形鏡（7)的平面入射； ③ 通過第一調(diào)整機構(gòu)（8)調(diào)整所述的待測錐形鏡（7)，使待測錐形鏡（7)的反射光經(jīng)準 直透鏡（6)、分光鏡（5)到達所述的圖像傳感器（4)的中心位置； ④ 通過第二調(diào)整機構(gòu)（10)的角位移臺轉(zhuǎn)動所述的反射鏡（9)，使反射鏡（9)的反射光 束經(jīng)待測錐形鏡（7)、準直透鏡（6)、分光鏡（5)到達所述的圖像傳感器（4)的中心位置，記 錄第二調(diào)整機構(gòu)（10)的角位移臺的角度讀數(shù)e2，按下列公式計算得到所述的待測錐形鏡 (7)的錐角0 :
式中，n為所述的待測錐形鏡（7)相對入射光波長的折射率。
【文檔編號】G01B11/26GK104501743SQ201410779061
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月16日
【發(fā)明者】王瑩, 曾愛軍, 張運波, 顧帥妍, 黃惠杰 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所