[发明专利]一种锥镜检测装置及其检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学检测，特别是一种基于斐索干涉仪检测锥镜的装置。及其检测方法。

背景技术

光学元件的传统检测方法与技术已沿用了数十年。光学检测涉及被测元件材料、口径、种类以及测试技术、仪器和设备等。被测元件的种类繁多，包括有平行平板、球面、非球面、自由曲面、衍射光栅、锥镜、柱面透镜等。光学检测中常用的主要仪器可分为干涉仪类、表面轮廓仪类、MTF测试仪类、精密球径仪类、中心偏测试仪类及其他仪器等。

国内外都在研制和发展各自的先进仪器。国内以南京理工大学和成都太科公司为代表的干涉仪制造厂家，各类数字式干涉仪的产品口径有Φ25mm~Φ600mm；进口以美国Zygo公司为代表的从口径4″~32″的各类干涉仪；Zygo公司以3D干涉显微镜为基本原理发展的非接触式表面轮廓仪，从早期的Maxim 3D 5700到现代New View 5000 3D等；英国Tayloy-Hobson触针式轮廓仪；满足实际需求的三坐标测量仪、4D干涉仪等。

然而，在光学检测仪器和技术上，仍存在很多问题和不足。目前，尚未有关于锥镜检测的方法或装置。现有检测仪器如Zygo干涉仪、牛顿干涉仪、4D干涉仪、Tayloy-Hobson等均无法检测锥镜表面。

发明内容

本发明的目的是以克服目前无法对锥镜进行检测的难题，提供一种锥镜检测装置及其检测方法。

本发明的技术解决方案如下：

一种锥镜检测装置，其特点在于由斐索干涉仪、具有圆形光栅的玻璃基底组成，所述的玻璃基底的A面作为参考平面，B面用光刻法制作成圆形光栅，作为光栅面，所述玻璃基底的光栅面B与所述斐索干涉仪输出的单色平行光垂直。

一种利用所述的锥镜检测装置检测锥镜的方法，其特点在于该方法包括下列步骤：

①在所述的斐索干涉仪输出的单色平行光依次设置所述的玻璃基底和待测锥镜，该待测锥镜的锥面与所述的斐索干涉仪输出的单色平行光相向；

②启动所述的斐索干涉仪，调整所述的玻璃基底，使所述的玻璃基底的参考平面A与所述的斐索干涉仪输出的单色平行光垂直，在所述的斐索干涉仪输出的单色平行光方向并在所述的玻璃基底的光栅面B外设置待测锥镜，使所述的锥镜的中轴线与所述的斐索干涉仪输出的单色平行光平行；

③利用斐索干涉仪对所述的锥镜进行测量，斐索干涉仪输出待测锥镜的结果。

所述的待测锥镜为凸面锥镜或凹面锥镜。

玻璃基底：

本发明的装置对玻璃基底的参考平面A有很高的要求，其面型精度应不大于λ/20。玻璃基底的光栅面B用光刻法制作成圆形光栅。 

圆形光栅的参数制定：

光栅是一种由密集、等间距平行刻线构成的非常重要的光学器件。顾名思义，圆形光栅则由一系列密集、等间距的圆环构成，如图5所示。它基于多缝夫琅和费衍射效应，利用多缝衍射和干涉作用，将射到光栅上的光束按波长的不同进行色散，再经成像镜聚焦而形成光谱。

光栅方程满足：

D·sinθ= N·λ

其中：D为两狭缝之间的间距，称为光栅常数，θ为衍射角，N为光栅级数，λ为波长。

对于满足光栅方程的每个N值，都有相应的级光谱，每个波长的光能量分散在诸光谱级中。当波长为λ的平面波垂直入射于光栅时，每条狭缝上的点都扮演了次光源的角色；从这些次光源发出的光线沿所有方向传播（即球面波）。由于狭缝为无限长，可以只考虑与狭缝垂直的平面上的情况，即把狭缝简化为该平面上的一排点。则在该平面上沿某一特定方向的光场是由从每条狭缝出射的光相干叠加而成的。在发生干涉时，由于从每条狭缝出射的光在干涉点的相位都不同，它们之间会部分或全部抵消。然而，当从相邻两条狭缝出射的光线到达干涉点的光程差是光的波长的整数倍时，两束光线相位相同，就会发生干涉加强现象。

以上描述可用如下公式表示，当衍射角θ_N满足关系:

D·sinθ_N/λ=|N|时，发生干涉加强现象。

D为狭缝间距，即光栅常数，N是一个整数，取值为0，±1，±2，……。这种干涉加强点称为衍射极大。因此，衍射光将在衍射角为θ_N时取得极大。

当平面波以入射角θ_i入射时，光栅方程写为 

　　D·(sinθ_N+sinθ_i)=N·λ            N=0,±1,±2,……