[发明专利]锥形镜柱面镜面形的测量装置及测量方法

说明书

一种锥形镜柱面镜面形测量装置及测量方法，测量装置包括波面测量干涉仪、干涉仪支架、精密旋转台和转台实时测量系统，所述的波面测量干涉仪安装在干涉仪支架上；所述的转台实时测量系统包含辅助测量圆柱体和5个精密位移测量传感器。本发明具有高精度、低成本、高通用性且能同时测得待测元件面形信息和精密旋转台主轴回转误差，同时去除同步误差和异步误差的特点。

技术领域

本发明涉及干涉测量领域，特别是一种锥形镜、柱面镜面形测量装置及测量方法。

背景技术

锥形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。但锥形镜、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。锥形镜与柱面镜不同的是锥形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,Matthias Rihong 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，检测锥形镜的面形；该方法具有较高的测量精度，但是需要对每种被测锥形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，测量大口径锥形镜时，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[2](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)公开了一种锥形镜面形测量方法。该方法实际是对锥形镜透射波前的测量，测试光路在测试过程中经过了锥形镜不同测试区域，虽然测量结果能够评估被测锥形镜的面形质量，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镜面形。

在先技术[3](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形镜面形，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。

在先技术[4](锥镜柱面镜面形测量装置及测量方法，中国发明专利)采用波面测量干涉仪输出准直光束垂直照射到被测光学元件的一条母线，从而测得该母线的面形信息。该方法依赖于精密旋转台的精确度，需要提前标定精密旋转台的主轴回转误差并且只能去除同步误差。

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，提供一种锥形镜及柱面镜面形测量装置及测量方法，测量装置具有通用性，能够测量不同口径，不同顶角的凸锥镜和凹锥镜面形，也能够测量不同直径，不同旋转角范围的柱面镜，测量系统简单，成本较低，测量待测元件面形信息的同时能够测量精密旋转台主轴回转误差，同时去除同步误差和异步误差，测量精度更高。