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基于雙波長(zhǎng)光源的軸錐鏡錐角檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法
【專利摘要】一種基于雙波長(zhǎng)光源的軸錐鏡錐角檢測(cè)裝置，特點(diǎn)在于該裝置由雙波長(zhǎng)光源、聚焦透鏡、濾光小孔、分光鏡、準(zhǔn)直透鏡、成像透鏡、第一圖像傳感器、第二圖像傳感器、第一位置調(diào)整機(jī)構(gòu)和第二位置調(diào)整機(jī)構(gòu)組成，本發(fā)明裝置和方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、計(jì)算方便和不需要標(biāo)準(zhǔn)鏡等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】基于雙波長(zhǎng)光源的軸錐鏡錐角檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域，特別是一種基于雙波長(zhǎng)光源的軸錐鏡錐角檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法。
技術(shù)背景
[0002]軸錐鏡作為一個(gè)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱角錐形光學(xué)元件，它可以為光學(xué)系統(tǒng)提供一個(gè)長(zhǎng)焦深，這一優(yōu)點(diǎn)使它廣泛應(yīng)用于激光束整形、激光鉆孔、光學(xué)檢測(cè)、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)中利用軸錐鏡可以實(shí)現(xiàn)環(huán)形照明模式。對(duì)軸錐鏡錐角的高精度、大范圍檢測(cè)一直以來(lái)備受關(guān)注。
[0003]在先技術(shù)[I](M.de Angelis, S.De Nicola, P.Ferraro, et al.“Test of a conicallens using a two-be am shearing interferometer，，, Opt Laser Eng.39:155-163 (2003).)利用兩束光剪切干涉技術(shù)檢測(cè)軸錐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(guò)軸錐鏡，根據(jù)其干涉條紋求出兩束光相位差后計(jì)算其錐角，計(jì)算過(guò)程較復(fù)雜。
[0004]在先技術(shù)[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).)使用 Twyman-Green干涉儀對(duì)軸錐鏡錐角進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)前需制作高線密度的計(jì)算全息圖作為標(biāo)準(zhǔn)鏡，計(jì)算全息圖加工難度大，成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于雙波長(zhǎng)光源的軸錐鏡錐角檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法，該裝置和方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、計(jì)算方便和不需要標(biāo)準(zhǔn)鏡等優(yōu)點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0007]—種基于雙波長(zhǎng)光源的軸錐鏡錐角檢測(cè)裝置，特點(diǎn)在于該裝置由雙波長(zhǎng)光源、聚焦透鏡、濾光小孔、分光鏡、準(zhǔn)直透鏡、成像透鏡、第一圖像傳感器、第二圖像傳感器、第一位置調(diào)整機(jī)構(gòu)和第二位置調(diào)整機(jī)構(gòu)組成，其位置關(guān)系是:沿雙波長(zhǎng)光源出射光束方向依次是所述的聚焦透鏡、濾光小孔、分光鏡、準(zhǔn)直透鏡、成像透鏡和第二圖像傳感器；第一圖像傳感器位于所述的準(zhǔn)直透鏡的前焦面，且第一圖像傳感器的中心與所述的準(zhǔn)直透鏡的中心共軸；所述的分光鏡位于第一圖像傳感器與準(zhǔn)直透鏡之間；所述的濾光小孔與第一圖像傳感器相對(duì)于所述的分光鏡共軛；第二圖像傳感器位于所述的成像透鏡的后焦面，且第二圖像傳感器的中心與成像透鏡中心共軸；所述的聚焦透鏡、準(zhǔn)直透鏡、成像透鏡均為消色差透鏡，在所述的準(zhǔn)直透鏡和成像透鏡之間預(yù)留有待測(cè)軸錐鏡位置并置于所述的第一位置調(diào)整機(jī)構(gòu)上，所述的成像透鏡和第二圖像傳感器置于所述的第二位置調(diào)整機(jī)構(gòu)上。
[0008]利用權(quán)上述基于雙波長(zhǎng)的軸錐鏡錐角檢測(cè)裝置對(duì)軸錐鏡錐角的檢測(cè)方法，其特點(diǎn)在于該方法包括以下步驟:[0009]①將待測(cè)軸錐鏡放在所述的第一位置調(diào)整機(jī)構(gòu)上，使所述的待測(cè)軸錐鏡位于所述的準(zhǔn)直透鏡與成像透鏡之間；
[0010]②啟動(dòng)所述的雙波長(zhǎng)光源，所述的雙波長(zhǎng)光源出射的光束經(jīng)聚焦透鏡聚焦、濾光小孔濾波、分光鏡反射后進(jìn)入所述的準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直，調(diào)節(jié)所述的第一位置調(diào)整機(jī)構(gòu)，使準(zhǔn)直光束從待測(cè)軸錐鏡的平面入射，使從待測(cè)軸錐鏡的平面反射的光束經(jīng)所述的準(zhǔn)直鏡、分光鏡到達(dá)第一圖像傳感器的中心位置；
[0011]③調(diào)節(jié)第二位置調(diào)整機(jī)構(gòu)，使光束在第二圖像傳感器上形成兩個(gè)光斑的位置，任意一個(gè)光斑的中心與所述的第二圖像傳感器的中心重合；
[0012]④記錄第二圖像傳感器上兩個(gè)光斑中心的位置，計(jì)算兩個(gè)光斑中心的相對(duì)位置偏差Λ X，按下列公式計(jì)算待測(cè)軸錐鏡的錐角Θ:
【權(quán)利要求】
1.一種基于雙波長(zhǎng)光源的軸錐鏡錐角檢測(cè)裝置，特征在于該裝置由雙波長(zhǎng)光源(I)、聚焦透鏡(2)、濾光小孔(3)、分光鏡(5)、準(zhǔn)直透鏡(6)、成像透鏡(9)、第一圖像傳感器(4)、第二圖像傳感器(10)、第一位置調(diào)整機(jī)構(gòu)(8)和第二位置調(diào)整機(jī)構(gòu)(11)組成，其位置關(guān)系是:沿雙波長(zhǎng)光源(I)出射光束方向依次是所述的聚焦透鏡(2)、濾光小孔(3)、分光鏡(5)、準(zhǔn)直透鏡(6)、成像透鏡(9)和第二圖像傳感器(10);第一圖像傳感器⑷位于所述的準(zhǔn)直透鏡(6)的前焦面，且第一圖像傳感器(4)的中心與所述的準(zhǔn)直透鏡(6)的中心共軸；所述的分光鏡(5)位于第一圖像傳感器(4)與準(zhǔn)直透鏡(6)之間；所述的濾光小孔(3)與第一圖像傳感器(4)相對(duì)于所述的分光鏡(5)共軛；第二圖像傳感器(10)位于所述的成像透鏡(9)的后焦面，且第二圖像傳感器(10)的中心與成像透鏡(9)中心共軸；所述的聚焦透鏡(2)、準(zhǔn)直透鏡(6)、成像透鏡(9)均為消色差透鏡，在所述的準(zhǔn)直透鏡(6)和成像透鏡(9)之間預(yù)留有待測(cè)軸錐鏡(7)位置并置于所述的第一位置調(diào)整機(jī)構(gòu)(8)上，所述的成像透鏡(9)和第二圖像傳感器(10)置于所述的第二位置調(diào)整機(jī)構(gòu)(11)上。
2.利用權(quán)利要求1所述的基于雙波長(zhǎng)的軸錐鏡錐角檢測(cè)裝置對(duì)軸錐鏡錐角的檢測(cè)方法，其特點(diǎn)在于該方法包括以下步驟: ①將待測(cè)軸錐鏡(7)放在所述的第一位置調(diào)整機(jī)構(gòu)(8)上，使所述的待測(cè)軸錐鏡(7)位于所述的準(zhǔn)直透鏡(6)與成像透鏡(9)之間； ②啟動(dòng)所述的雙波長(zhǎng)光源(I)，所述的雙波長(zhǎng)光源(I)出射的光束經(jīng)聚焦透鏡(2)聚焦、濾光小孔(3)濾波、分光鏡(5)反射后進(jìn)入所述的準(zhǔn)直透鏡(6)準(zhǔn)直，調(diào)節(jié)所述的第一位置調(diào)整機(jī)構(gòu)(8)，使準(zhǔn)直光束從待測(cè)軸錐鏡(7)的平面入射，使從待測(cè)軸錐鏡(7)的平面反射的光束經(jīng)所述的準(zhǔn)直鏡(6)、分光鏡(5)到達(dá)第一圖像傳感器(4)的中心位置； ③調(diào)節(jié)第二位置調(diào)整機(jī)構(gòu)(11)，使光束在第二圖像傳感器(10)上形成兩個(gè)光斑的位置，任意一個(gè)光斑的中心與所述的第二圖像傳感器(10)的中心重合； ④記錄第二圖像傳感器(10)上兩個(gè)光斑中心的位置，計(jì)算兩個(gè)光斑中心的相對(duì)位置偏差Λ X，按下列公式計(jì)算待測(cè)軸錐鏡(7)的錐角Θ:
【文檔編號(hào)】G01B11/26GK103994734SQ201410219304
【公開(kāi)日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月22日
【發(fā)明者】王瑩, 曾愛(ài)軍, 張運(yùn)波, 黃惠杰 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所