[发明专利]一种偏振同步移相干涉测量装置和方法有效

专利信息
申请号: 202011254418.7 申请日: 2020-11-11
公开(公告)号: CN112344878B 公开(公告)日: 2022-02-22
发明(设计)人: 郝群;胡摇;宁妍;吕佳航;刘一鸣 申请(专利权)人: 北京理工大学
主分类号: G01B11/24 分类号: G01B11/24;G01B9/02;G01B9/02055
代理公司: 北京市中闻律师事务所 11388 代理人: 冯梦洪
地址: 100081 北京市*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 偏振 同步 相干 测量 装置 方法
【说明书】:

偏振同步移相干涉测量装置及方法,解决了非球面在位测量中灵活性和准确性之间的平衡性问题,在保证面形测量精度的同时提高测量的灵活性。装置包括:激光器(1)、扩束镜(2)、准直镜(3)、第一分光棱镜(4)、第一偏振分光棱镜(5)、第一四分之一波片(6)、线偏振器(7)、空间光调制器(8)、参考镜(9)、第二偏振分光棱镜(10)、第二四分之一波片(11)、第一成像透镜(12)、第一偏振CCD相机(13)、被测镜(14)、第三四分之一波片(15)、第二分光棱镜(16)、第四四分之一波片(17)、第二成像透镜(18)、第二偏振CCD相机(19)。

技术领域

发明涉及光学精密测试的技术领域,尤其涉及一种偏振同步移相干涉测量装置,以及这种偏振同步移相干涉测量装置所采用的方法。

背景技术

在光学表面制造过程中,光学表面面形误差的准确测量对于指导其迭代制造过程具有重要意义。干涉法是一种纳米级高精度的面形测量方法,常用于精磨和终检阶段。制造过程中的在位检测要求检测方法具有较强的抗振能力以及灵活性,既可适应车间的振动环境,又能对不同阶段被测面面形进行灵活测量。

在抗振测量方面,近年来,偏振相机常被应用到干涉测量中,通过空间相移即时获得测量相位。这种相移干涉法不用机械或电气设备进行时间相移,而是用偏振相机进行空间同步移相,以抑制振动、空气扰动、温度漂移等环境因素对干涉测量的影响,可以满足光学元件在位测量在抗振方面的要求。

在面形适应性方面,以Dall透镜,Ross透镜,Offner透镜,计算机生成的全息图等为代表的静态补偿器可以为精密光学表面测量提供高准确度和高精度。然而,传统的静态补偿器由于其一对一的特性,无法胜任各个制造阶段中非球面的在位检测,需要采用更加灵活的测量方法。倾斜波干涉仪将在一定程度上增加检测灵活性。但是,其内部组件微透镜阵列的横向分辨率和复杂的回程误差校正过程限制了其测量精度。相位偏折法具有出色的测量灵活性,近年来已被应用于非球面的检测,但其复杂的校准过程限制了其测量精度,使其在非球面在位检测中仍存在挑战。

可变形反射镜和空间光调制器具备灵活的像差校正特性,可以被用作柔性补偿器,与干涉检测法结合,在保证干涉测量高精度优势的同时,提高检测的灵活性,解决复杂光学曲面的在位检测问题。相比于可变形反射镜,空间光调制器更易于控制且具有更多的控制通道,因此,在干涉测量中使用空间光调制器作为柔性补偿器,可以期望实现更灵活的像差补偿、获得更高的测量精度。然而,由于交变控制电路的不稳定性与制造工艺的不完善,空间光调制器通常会在应用中出现相位闪烁以及存在调制的非均匀性,影响测试准确性。因此,非球面在位测量中灵活性和准确性之间的平衡仍然是一个重要的问题。

发明内容

为克服现有技术的缺陷,本发明要解决的技术问题是提供了一种偏振同步移相干涉测量装置,其解决了非球面在位测量中灵活性和准确性之间的平衡性问题,在保证面形测量精度的同时提高测量的灵活性。

本发明的技术方案是:这种偏振同步移相干涉测量装置,其包括:激光器(1)、扩束镜(2)、准直镜(3)、第一分光棱镜(4)、第一偏振分光棱镜(5)、第一四分之一波片(6)、线偏振器(7)、空间光调制器(8)、参考镜(9)、第二偏振分光棱镜(10)、第二四分之一波片(11)、第一成像透镜(12)、第一偏振CCD相机(13)、被测镜(14)、第三四分之一波片(15)、第二分光棱镜(16)、第四四分之一波片(17)、第二成像透镜(18)、第二偏振CCD相机(19);

系统光路包括干涉测量光路和偏振补偿光路;

干涉测量光路用于对空间光调制器的面形进行实时监测,光路如下:

激光器出射的激光经过扩束镜和准直镜后,被第一分光棱镜分成两路,其中反射光入射到参考镜,经其反射后通过第一分光棱镜、第二偏振分光棱镜、第二四分之一波片、第一成像透镜进入第一偏振CCD相机,作为参考光;透射光束到达第一偏振分光棱镜,光束的P偏振分量透射,经过第一四分之一波片、线偏振器到达空间光调制器,而后被其反射,并通过上述元件回到第一偏振分光棱镜位置;

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