[发明专利]一种倾斜入射相移干涉仪和直角棱镜大面测量方法

说明书

本发明公开了一种倾斜入射相移干涉仪和直角棱镜大面测量方法。本干涉仪结构包括相移干涉仪主机、一体化载物工作台以及一对参考平晶。通过特定的入射角，本干涉仪在屏幕上所显示的干涉条纹，与常规正入射干涉仪的条纹完全一致，适合目视观察与快速判读。本干涉仪可以测量常规正入射干涉仪无法直接测量直角棱镜大面面形，无需对直角面进行涂覆。在直角棱镜加工中具有重要应用。

技术领域

本发明涉及光学与金属表面面形精密测量领域，特别是一种倾斜入射相移干涉仪和直角棱镜大面测量方法。

背景技术

随着光学冷加工技术的发展，配套的面形测量也越来越依赖相移干涉仪为主的数字波面自动测量。

棱镜是除了透镜外的量最大的光学冷加工产品，其广泛应用于各种光学系统中。目前微棱镜又异军突起，逐渐用于手机摄像系统作为转向器件如图1所示，微棱镜批量大和质量要求高，已经使得光学冷加工企业感受到极大的压力。作为一个平面光学元件，直角棱镜各个面的面形精度是最主要的指标，其中直角面可以使用传统的干涉仪进行检验，而大面受到全内反射光的干扰，目前只能采用样板接触式测量方法，不仅耗费大量人工而且造成表面光洁度下降。如图2所示，表述了这种干扰形成的原因：直角棱镜的两个直角面将光线进行两次全内反射，其反射光强(～90％)远大于被测大面的反射光强(～4％)，而且两者平行无法分开。

在早期直角棱镜加工精度要求较低的时候，有企业采用干涉仪目视观察的方法测量较大直角棱镜的大面，其原理是直角棱镜的角度误差较大，全内反射光线与大面垂直反射光线有一个误差角度如图3所示，因此通过不断遮挡试探的方法可以看到一部分大面干涉条纹。这种方法需要有经验的检验人员通过零散的条纹来进行估读，效率低、准确度差，在大批量生产手机微棱镜时无法应用。而在直角棱镜加工精度提升到一定程度后，遮挡试探可观察到的区域将越来越小直到完全重合，此时常规的干涉仪就无法看到大面面形了，更不可能进行相移干涉等数字化测量。

相移干涉仪的倾斜入射测量，一般用来测量超出干涉仪口径的长条形被测件，在斜入射测试中，干涉仪的准直光经过研磨面平尺待测表面的两次反射，因此研磨面平尺的测试结果W_L(x,y)并非是相移干涉仪直接获得波前W₀(x,y)，而是需要通过一个如入射光角度θ相关的比例系数进行换算：

对于一般的测试来说，入射角的准确测量十分的麻烦，而且在目视观察的时候对于测量者也不友善，因为屏幕显示干涉图的光圈与实际光圈不一致，同样也要进行换算。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种可以避免直角棱镜全内反射干扰进行大面直角棱镜测量的方法与倾斜入射相移干涉仪。

技术方案：一种倾斜入射相移干涉仪，包括干涉仪、透射平晶、反射平晶、直角棱镜测试载物台；所述透射平晶垂直于干涉仪出射波前；直角棱镜放置于直角棱镜测试载物台上，所述直角棱镜可相对于直角棱镜测试载物台旋转；透射平晶与反射平晶分立于直角棱镜两侧；其中干涉仪出射波前垂直通过透射平晶，倾斜入射到直角棱镜大面上，然后波前被反射到反射平晶；反射平晶垂直反射波前并使反射波前沿原光路返回，并与透射平晶的反射波前形成干涉条纹而被干涉仪接收。

具体的，干涉仪出射波前的倾斜入射测量，采用固定结构设计的60°大面入射角度，可以使公式1中的比例系数

这保证了相移干涉结果可以直接使用，而且在软件界面上采用干涉图像垂直二倍压缩显示，可以使得所显示的目视被测件形状和干涉图也与正入射情况下的完全一样，保持测量人员的观察习惯不变。另外本发明采用的干涉腔一体化结构，也保证了可以在使用前对入射角度及比例系数的精确测量与校正。故干涉仪与直角棱镜大面夹角为60°。