專利名稱：一種檢測掠射筒狀離軸非球面鏡的多光束長軌干涉儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)檢測技術(shù)領(lǐng)域中涉及的一種基于多光束干涉的 長軌掃描干涉儀，是一種對筒狀離軸非球面鏡進(jìn)行檢測的設(shè)備。
背景技術(shù)：
在極紫外及X射線波段工作的光學(xué)元件，大多工作在掠射方式 下，光學(xué)元件多為筒狀和條狀，且對光學(xué)元件的面型要求極高，使用 常規(guī)光學(xué)檢測設(shè)備很難對掠射光學(xué)元件進(jìn)行高精度檢測。國外對筒狀 非球面進(jìn)行檢測多采用掃描重建的方法，與本發(fā)明最為接近的已有技
術(shù)是意大利Sincrotrone Trieste公司的錢石南、美國大陸光學(xué)公司的李 海章及美國BNL實驗室的Peter Z Takacs等人研制的五棱鏡長軌輪廓 儀(SPIE， Vol 2805， 108 114， 1996年8月)原理結(jié)構(gòu)如圖1所示 包括激光光源l、起偏器2、分光鏡3、第一直角棱鏡4、第二直角棱 鏡5、半波片6、偏振分光鏡7、第一l/4波片8、道威棱鏡9、第一 五棱鏡10、第二五棱鏡11、待測筒狀非球面鏡12、旋轉(zhuǎn)平臺13、第 二1/4波片14、參考平面鏡15、傅里葉變換透鏡16、 CCD相機(jī)17。 由激光光源1發(fā)出的光束經(jīng)過起偏器2變?yōu)榫€偏振光，然后進(jìn)入 分光鏡3，分光鏡3將入射光束分成兩束分別進(jìn)入第一直角棱鏡4和 第二直角棱鏡5、兩直角棱鏡分別將光束產(chǎn)生一個與傳播方向垂直的 位移后反射回分光鏡3、通過調(diào)整第一直角棱鏡4和第二直角棱鏡5的位置可以改變由分光鏡3出射的兩束相互平行的相千光之間的距
離。由分光鏡3出射的兩束相互平行的相干光通過半波片6進(jìn)入偏振 分光鏡7，偏振分光鏡7將兩平行光分成偏振方向為平行和垂直的兩 部分， 一部分為檢測光束通過第一l/4波片8進(jìn)入道威棱鏡9，通過 道威棱鏡9后進(jìn)入第一五棱鏡10，然后進(jìn)入第二五棱鏡11，由第二 五棱鏡11出射的光照射到待測筒狀非球面鏡12表面，經(jīng)待測筒狀非 球面鏡12反射依次通過第二五棱鏡11、第一五棱鏡10、道威棱鏡9、 第一 1/4波片8進(jìn)入偏振分光鏡7，此檢測光束再次通過第一 1/4波 片8后偏振狀態(tài)發(fā)生改變，從而能夠通過偏振分光鏡7入射到傅里葉 變換透鏡16上，最終在CCD相機(jī)17上參與干涉成像；另一部分光 束為參考光束，由偏振分光鏡7射出后通過第二 1/4波片14，入射到 參考平面鏡15表面，經(jīng)參考平面鏡15反射后，再次通過第二l/4波 片14，然后通過偏振分光鏡7入射到傅里葉變換透鏡16 ..匕最終在 CCD相機(jī)17上干涉成像。通過測量檢測光束和參考光束在CCD相 機(jī)17上所成干涉條紋間的距離就可以得到待測筒狀非球面鏡12表面 的斜率信息，進(jìn)而得到待測筒狀非球面鏡12的表面輪廓。
該五棱鏡長軌輪廓儀存在的問題是分光裝置由分光鏡3、第一 直角棱鏡4和第二直角棱鏡5組成，通過此裝置一束光被分成兩束平 行的相干光，在CCD相機(jī)17上產(chǎn)生干涉條紋，測量待測筒狀非球面 鏡12的表面傾斜。雙光束產(chǎn)生的干涉條紋銳度不夠，難以更精確的 定位到條紋中心而影響測量精度。而且分光裝置各元件的相對位置易 受環(huán)境因素影響，影響測量精度。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于進(jìn)一歩提高長 軌干涉儀的測量精度。特設(shè)計一種利用多光束千涉來代替已有技術(shù)中 的雙光束干涉，使干涉條紋更加細(xì)銳，測量結(jié)果更精確。
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種檢測掠射筒狀離軸非球面 鏡的多光束長軌千涉儀。解決技術(shù)問題的技術(shù)方案如圖2所示包括
激光光源18、起偏器19、直角棱鏡20、多光束分光器21、光闌22、 半波片23、偏振分光鏡24、第一1/4波片25、第一五棱鏡26、第二 五棱鏡27、待測筒狀非球面鏡28、旋轉(zhuǎn)平臺29、第二1/4波片30、 參考平面鏡31、傅里葉變換透鏡32、 CCD相機(jī)33。
在激光光源18的光傳播方向上，在光軸上依次放置起偏器19、 直角棱鏡20，直角棱鏡20用于將光軸折轉(zhuǎn)90度，直角棱鏡20—直 角面與光軸垂直，斜面與光軸成45度夾角；在直角棱鏡20反射光的 光軸上依次置有多光束分光器21、光闌22、半波片23、偏振分光鏡 24、第二1/4波片30、參考平面鏡31;多光束分光器21由兩塊梯形 棱鏡組成，梯形斜邊與底邊的夾角在85 87度之間，兩個梯形棱鏡的 斜面為工作面，兩斜面保持嚴(yán)格平行且中間有一約lmm左右空隙， 在多光束分光器21下面的光闌22和半波片23的工作面與光軸垂直， 偏振分光鏡24的分光面與光軸45度放置，以偏振分光鏡24為中心， 右邊依次放置傅里葉透鏡30、 CCD相機(jī)33， CCD相機(jī)33放置在傅 里葉變換透鏡32的焦面上，用于干涉條紋的成像；左邊依次放置第 一1/4波片25、第一五棱鏡26，第一五棱鏡26的一個直角面為入射面與光軸垂直且正對第一l/4波片，另一直角面為出射面；第二五棱
鏡27置于第一五棱鏡26的正下方，第一五棱鏡26的出射面與第二 五棱鏡27的入射面平行相對，第二五棱鏡27的出射面正對待測筒狀 非球面鏡28的內(nèi)表面；待測筒狀非球面鏡28放置在旋轉(zhuǎn)平臺29上， 使待測筒狀非球面鏡28的軸與旋轉(zhuǎn)平臺29的轉(zhuǎn)軸重合。
工作原理說明由激光光源18發(fā)出的光束通過起偏器19后，進(jìn) 入多光束分光系統(tǒng)，通過直角棱鏡20投射到多光束分光器21上，由 于多光束分光器21是由兩塊梯形棱鏡組成的特殊結(jié)構(gòu)，兩個梯形棱 鏡的斜面是工作面，保持嚴(yán)格平行具有法布里一波羅標(biāo)準(zhǔn)具形式，把 一束光分成多束相干平行光出射，多束平行光通過光闌22和半波片 23，進(jìn)入偏振分光鏡24，由偏振分光鏡24把入射光分成水平和垂直 偏振方向的兩部分光束， 一部分光束為檢測光束，通過第一l/4波片 25進(jìn)入由第一五棱鏡26和第二五棱鏡27組成的掃描系統(tǒng)，光束通 過掃描系統(tǒng)入射到待測筒狀非球面鏡28表面，反射光束將由于待測 筒狀非球面鏡28的表面斜率而產(chǎn)生微小的傾斜，帶有微小傾斜的反 射光束依次通過第二五棱鏡27、第一五棱鏡26、第一 1/4波片25及 偏振分光鏡24后入射到傅里葉變換透鏡32上，最后在CCD相機(jī)33 上產(chǎn)生干涉條紋；另一部分光束為參考光束，通過第二 1/4波片30 垂直入射到參考平面鏡31，反射光再次經(jīng)過第二 1/4波片30將改變 偏振方向，經(jīng)過偏振分光鏡24時將發(fā)生反射進(jìn)入傅里葉變換透鏡32， 然后在CCD相機(jī)33上產(chǎn)生干涉條紋；在CCD相機(jī)33上產(chǎn)生的干涉 條紋與檢測光束產(chǎn)生干涉條紋的間距即代表了待測表面產(chǎn)生傾斜的大小。通過掃描系統(tǒng)測量表面各處傾斜的值然后通過積分運(yùn)算即可反 演出待測表面的面型結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明與已有技術(shù)比較，結(jié)構(gòu)相同，特征在于在光路上，起偏器
19和半波片23之間的分光系統(tǒng)采用了多光束分光器21，能產(chǎn)生多束 相干的平行光。
本發(fā)明的積極效果多光束分光器，結(jié)構(gòu)簡單，容易制作；利用 多條相干光束代替原來的雙光束，能夠在像面上產(chǎn)生更細(xì)的干涉條 紋，使測量結(jié)果更加準(zhǔn)確。而且通過繞光軸轉(zhuǎn)動多光束分光器可以改 變相干光束的排列方位，在掃描待測筒狀非球面鏡表面時不需要另加 道威棱鏡，使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加簡單。


圖1是已有技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明中多光束分光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明按圖2和圖3所示的結(jié)構(gòu)實施。其中激光光源18采用氦 氖激光器，要求輸出功率穩(wěn)定，起偏器19放置在激光光源18前面， 用于將激光光源18發(fā)出的激光光束變?yōu)榫€偏振光，直徑要求大于激 光光束的橫截面，直角棱鏡20采用普通K9光學(xué)玻璃制作， 一直角 面作為入射面垂直于光軸放置，斜面作為反射面與光軸成45度，用 于將激光光束偏轉(zhuǎn)90度，多光束分光器21亦由普通K9光學(xué)玻璃制 作，分為上下兩部分，如圖3所示兩部分結(jié)構(gòu)相同橫截面都為梯形，梯形斜邊與底邊的夾角在85~87度之間，梯形棱鏡的斜面為工作面， 鍍銀反射膜，對632.8nm的激光的反射率約為95y。，兩斜面保持平行 且中間有一薄空氣層，空氣層的厚度在lmm左右，為了保持兩工作 面的平行可在兩面之間加一銦鋼圓環(huán)，使兩工作面之間的距離固定不 變；光闌22由金屬鋁制作表面漆黑，置于多光束分光器21的出射光 路上，用于攔掉多余的光束，小孔的直徑約為2 3mm用于限制檢測 光束的數(shù)量和寬度；光鬧22后面放置半波片23，由云母制作，它可 以繞光軸轉(zhuǎn)動，用于調(diào)整偏振光束平行和垂直分量的相對強(qiáng)度；半波 片23后放置偏振分光鏡24，分光面與光軸成45度放置；正下方放 置第二 1/4波片30由云母制作，第二 1/4波片30的下方是參考平面 鏡31，參考平面鏡31與光軸垂直放置；偏振分光鏡24的右邊水平 方向上依次放置傅里葉變換透鏡32和CCD相機(jī)33，其中CCD相機(jī) 33的接收面與傅里葉變換透鏡32的焦面重合；偏振分光鏡的左邊放 置第一 1/4波片25，然后是第一五棱鏡26， 一直角面正對第一 1/4 波片25另一直角面向下正對第二五棱鏡27;第二五棱鏡27 —直角 面向上與第一五棱鏡26的一直角面相對，另一直角面正對待測筒狀 非球面鏡28表面，兩個五棱鏡規(guī)格相同，技術(shù)條件相同，都用K9 光學(xué)玻璃制作；以上各光學(xué)元件除第一五棱鏡26、第二五棱鏡27和 待測筒狀非球面鏡28夕卜，其它元件都由機(jī)械結(jié)構(gòu)固定，保證測量時 元件的相對位置不變；第一五棱鏡26裝在與偏振分光鏡24水平的一 空氣靜壓導(dǎo)軌上，使能夠水平滑動；第一五棱鏡26和第二五棱鏡27 之間由垂直空氣靜壓導(dǎo)軌相連，使第二五棱鏡27能夠沿垂直導(dǎo)軌上下移動，對筒狀待測筒狀非球面鏡28進(jìn)行上下掃描；待測筒狀非球
面鏡28放置在水平旋轉(zhuǎn)平臺29上，待測筒狀非球面鏡28的中心軸 與旋轉(zhuǎn)平臺29的旋轉(zhuǎn)軸重合，旋轉(zhuǎn)平臺29采用高精度光學(xué)轉(zhuǎn)臺保證 轉(zhuǎn)動時平臺表面的水平度，通過旋轉(zhuǎn)平臺29的轉(zhuǎn)動對待測筒狀非球 面鏡28進(jìn)行水平方向的掃描。為了保證測量精度，整個系統(tǒng)要求置 于有防震、溫控系統(tǒng)的光學(xué)車間內(nèi)工作，保證室內(nèi)溫度波動在1攝氏 度內(nèi)，并盡量減少室內(nèi)的空氣擾動帶來的測量誤差。
權(quán)利要求
1、一種檢測掠射筒狀離軸非球面鏡的多光束長軌干涉儀，包括激光光源(18)、起偏器(19)、半波片(23)、偏振分光鏡(24)、第一1/4波片(25)、第一五棱鏡(26)、第二五棱鏡(27)、待測筒狀非球面鏡(28)、旋轉(zhuǎn)平臺(29)、第二1/4波片(30)、參考平面鏡(31)、傅里葉變換透鏡(32)、CCD相機(jī)(33)；其特征在于還包括直角棱鏡(20)、多光束分光器(21)、光闌(22)；在激光光源(18)的光傳播方向上，在光軸上依次放置起偏器(19)、直角棱鏡(20)，直角棱鏡(20)一直角面與光軸垂直，斜面與光軸成45度夾角；在直角棱鏡(20)反射光的光軸上依次置有多光束分光器(21)、光闌(22)、半波片(23)、偏振分光鏡(24)、第1/4波片(30)、參考平面鏡(31)；多光束分光器(21)由兩塊梯形棱鏡組成，梯形斜邊與底邊的夾角在85～87度之間，兩個梯形棱鏡的斜面為工作面，兩斜面保持嚴(yán)格平行且中間有一約1mm左右空隙，在多光束分光器(21)下面的光闌(22)和半波片(23)的工作面與光軸垂直，偏振分光鏡(24)的分光面與光軸45度放置，以偏振分光鏡(24)為中心，右邊依次放置傅里葉透鏡(30)、CCD相機(jī)(33)，CCD相機(jī)(33)放置在傅里葉變換透鏡(32)的焦面上，用于干涉條紋的成像；左邊依次放置第一1/4波片(25)、第一五棱鏡(26)，第一五棱鏡(26)的一個直角面為入射面與光軸垂直且正對第一1/4波片，另一直角面為出射面；第二五棱鏡(27)置于第一五棱鏡(26)的正下方，第一五棱鏡(26)的出射面與第二五棱鏡(27)的入射面平行相對，第二五棱鏡(27)的出射面正對待測筒狀非球面鏡(28)的內(nèi)表面；待測筒狀非球面鏡(28)放置在旋轉(zhuǎn)平臺(29)上，使待測筒狀非球面鏡(28)的軸與旋轉(zhuǎn)平臺(29)的轉(zhuǎn)軸重合。
全文摘要
一種檢測掠射筒狀離軸非球面鏡的多光束長軌干涉儀，屬于光學(xué)檢測技術(shù)領(lǐng)域中的檢測設(shè)備。要解決的技術(shù)問題提供一種檢測掠射筒狀離軸非球面鏡的多光束長軌干涉儀，技術(shù)方案包括激光光源、起偏器、多光束分光器、光闌、偏振分光鏡、1/4波片、五棱鏡、待測筒狀非球面鏡、傅里葉變換透鏡、CCD相機(jī)等。在激光光源的光軸上，依次放置起偏器、直角棱鏡、多光束分光器、光闌、半波片、偏振分光鏡、第二1/4波片、參考平面鏡；偏振分光鏡的分光面與光軸45度，右邊依次放置傅里葉透鏡、CCD相機(jī)；左邊光路上依次放置第一1/4波片、第一、二五棱鏡，第二五棱鏡的出射面正對待測筒狀非球面鏡的內(nèi)表面；待測筒狀非球面鏡放置在旋轉(zhuǎn)平臺上。
文檔編號G01B9/023GK101614523SQ20091006738
公開日2009年12月30日 申請日期2009年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月10日
發(fā)明者巖 鞏, 巍 張, 順 李 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所