[发明专利]非零位检测中部分补偿透镜和被测面对准装置及对准方法

权利要求书

1.非零位检测中部分补偿透镜和被测面对准装置，其特征在于包括激光器(1)、准直扩束系统(2)、分光板(3、7)、对准板(4)、成像系统(5)、探测器(6)、参考平面反射镜(8)、遮光板(9)、部分补偿透镜(10)、被测面(11)；具体的：

激光器(1)发出的单模细光束经过准直扩束系统(2)后，入射到镀有半透半反膜的分光板(3)上，一部分光被反射，另一部分光透射；在垂直于反射光的方向放置对准板(4)，对准板(4)的中心与被反射激光光束的光轴重合；在与反射光方向相反、位于分光板(3)另一侧的位置，由成像系统(5)将对准板(4)成像于探测器(6)上，透过分光板(3)的光入射到另一个镀有半透半反膜的分光板(7)上，一路光被反射，由位于参考平面反射镜(8)前面的遮光板(9)吸收和散射；另一路光透过分光板(7)入射到部分补偿透镜(10)，部分补偿透镜(10)的前后表面分别反射一部分入射光，形成干涉条纹；被部分补偿透镜(10)反射的光再次透过靠近部分补偿透镜(10)的分光板(7)后，被靠近激光器的分光板(3)反射，由成像系统(5)将干涉条纹成像于探测器(6)；

在部分补偿透镜对准的基础上，将被测面(11)夹持到可沿直线导轨(14)移动的五维调整架上，导轨(14)与干涉仪的光轴平行，导轨(14)与干涉仪光轴所组成的平面垂直于放置干涉仪的平台；透过部分补偿透镜(10)的光入射到被测面(11)上，经被测面(11)反射后再次透过部分补偿透镜(10)；分别由部分补偿透镜(10)的前后表面和被测面(11)反射的三路光，透过靠近部分补偿透镜(10)的分光板(7)后，被靠近激光器(1)的分光板(3)反射，由靠近激光器(1)的成像系统(5)，将部分补偿透镜(10)前后表面的反射光形成的干涉图和被测面(11)反射的光斑成像于探测器(6)上。

2.如权利要求1所述的非零位检测中部分补偿透镜和被测面对准装置，其特征在于所述的对准板，其十字叉丝的交点对准被反射的激光光束中心，同心圆环以十字叉丝的交点为圆心，若对准板在探测器上成像亮度过大，则在对准板前方添加滤光片减小光强。

3.如权利要求1所述的非零位检测中部分补偿透镜和被测面对准装置，其特征在于所述的部分补偿透镜，为单透镜，前后表面均为标准球面；所述的被测面，包括光学球面和旋转对称的光学非球面。

4.如权利要求1所述的非零位检测中部分补偿透镜和被测面对准装置，其特征在于该装置中的对准方法包括如下步骤：

步骤1、夹持部分补偿透镜

将部分补偿透镜(10)夹持在四维调整架上；

步骤2、部分补偿透镜倾斜对准

调节部分补偿透镜(10)的倾斜位姿，包括左右偏摆和上下俯仰，观察探测器(6)上所成的像，直至部分补偿透镜(10)前后表面反射形成的两个圆形光斑同心，且圆形光斑重合的部分形成同心的环形干涉条纹；

步骤3、部分补偿透镜偏心对准

调节部分补偿透镜(10)的偏心位姿，包括水平平移和竖直平移，将探测器(6)上所成的两个同心光斑和环形干涉条纹的中心与对准板(4)所成像的十字叉丝中心对准，对准板(4)上的环形图案用以辅助对准；

步骤4、部分补偿透镜位姿微调

由于调整架的倾斜和偏心调整内部机构可能存在互相影响，因此，重复步骤2和步骤3，直至由部分补偿透镜(10)前后表面返回的光斑同心、环形干涉条纹同心，且光斑和干涉条纹的圆心与对准板所成像的中心对准；

步骤5、夹持被测面

在部分补偿透镜(10)已经对准的基础上，将被测面(11)夹持在可沿直线导轨(14)移动的五维调整架上，导轨(14)与干涉仪的光轴平行，且导轨(14)与干涉仪光轴所组成的平面垂直于放置干涉仪的平台；

步骤6、被测面偏心调整

将被测面(11)沿导轨(14)移动至靠近部分补偿透镜(10)的位置，观察探测器(6)上所成的像，若探测器(6)上由被测面(11)反射的光斑中心没有与对准板(4)所成像的中心对准，设两者之间的水平距离为X、竖直距离为Y，则调整被测面(11)的偏心位姿，包括水平平移和竖直平移，使反射光斑的中心向对准板(4)所成像的中心分别沿水平方向和竖直方向移动X/2和Y/2的距离；

步骤7、被测面倾斜调整

将被测面(11)沿导轨(14)移动至远离部分补偿透镜(10)的位置，观察探测器(6)上所成的像，若探测器(6)上由被测面(11)反射的光斑的中心没有与对准板(4)所成像的中心对准，设两者之间的水平距离为V、竖直距离为W，则调整被测面(11)的倾斜位姿，包括左右偏摆和上下俯仰，使反射光斑的中心向对准板(4)所成像的中心分别沿水平方向和竖直方向移动V/2和W/2的距离；

步骤8、被测面对准

重复步骤6和步骤7，直至沿导轨(14)移动被测面(11)时，探测器(6)上由被测面(11)返回的光斑中心始终与对准板(4)所成像的中心对准，被测面(11)的对准调整完成；将参考平面反射镜(8)前的黑色遮光板(9)移开，在探测器(13)的像面得到由参考光和检测光形成的干涉条纹，对被测面(11)的位姿进行简单的计算机辅助微调后，即可对被测面(11)进行非零位检测。