[发明专利]锥镜及柱面镜面形测量装置和测量方法

说明书

一种锥镜及柱面镜面形测量装置和测量方法，测量装置包括波面测量干涉仪、干涉仪支架、精密旋转台，和待测光学元件；所述的波面测量干涉仪输出准直光束，待测光学元件是锥镜或柱面镜，待测光学元件安装在精密旋转台上，其旋转对称轴与精密旋转台的旋转轴对齐；波面测量干涉仪出射光与待测光学元件的一条母线垂直，从而测得该母线的面形信息，通过精密旋转台扫描完成待测光学元件全表面测量。具有高精度、低成本、高通用性的特点。

技术领域

本发明涉及干涉测量，特别是一种锥镜及柱面镜面形测量装置和测量方法。

背景技术

锥镜是一种特殊的旋转对称非球面，其轴线上的一个点光源将沿其轴线形成一系列的像点，还能够将准直光束转变为环形光束，这些特性已应用于高分辨率光学相干层析、冷原子捕获、光刻机环形照明产生等方面。柱面镜也是一种旋转对称非球面，能够将准直光束聚焦为一条线。但锥镜、柱面镜的确定性光学加工一直受限于其面形检测技术，影响了其应用范围和成本。锥镜与柱面镜不同的是锥镜的母线与其旋转对称轴有一定夹角，而柱面镜的母线与其旋转对称轴平行，即夹角为0。

在先技术1(Jun Ma,Christof Pruss,Rihong Zhu,Zhishan Gao,Caojin Yuan,and Wolfgang Osten,An absolute test for axicon surfaces,Opt.Lett.36,2005-2007(2011))和在先技术2(Jun Ma,Christof Pruss,MatthiasRihong Zhu,Zhishan Gao,Caojin Yuan,Wolfgang Osten,Axicon metrology using high linedensity computer-generated holograms,Proc.SPIE 8082,Optical MeasurementSystems for Industrial Inspection VII,80821I(2011))均采用计算全息图作为补偿镜，检测锥镜的面形；该方法具有较高的测量精度，但是需要对每种被测锥镜配套制作补偿镜元件，增加了测量成本和测量周期，通用性较差。此外，测量大口径锥镜时，需要更大口径的补偿镜元件和干涉仪，也增加了测量成本和补偿镜制作难度。

在先技术3(袁乔，曾爱军，张善华，黄惠杰，轴锥镜面形和锥角的检测方法，中国发明专利201310180723.X)公开了一种锥镜面形测量方法。该方法实际是对锥镜透射波前的测量，测试光路在测试过程中经过了锥镜不同测试区域，虽然测量结果能够评估被测锥镜的面形质量，但测量结果不能用来作为反馈加工的依据；并且该方法不能用来测量凹锥镜的面形。

在先技术4(许嘉俊，贾辛，徐富超，邢廷文，一种凸锥镜的在线检测加工装置及方法，中国发明专利201510351236.4)采用激光位移传感器通过点扫描的方式检测锥镜面形，对位移传感器及旋转系统的精度提出了很高的要求，增加了系统成本；并且该方法也不能用来测量凹锥镜面形。

柱面镜的面形测试方法与锥镜面形测试方法类似，美国DiffractionInternational公司，Arizona Optical Metrology LLC等均采用计算全息图补偿镜来进行测量，不同的F数及口径需要不同的补偿镜。

目前还没有通用的、高精度、低成本的锥镜和柱面镜面形测量装置和方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种锥镜及柱面镜面形测量装置和测量方法，通用的、高精度、低成本的。

本发明的技术解决方案如下：