[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

说明书

技术领域

本发明涉及光学技术领域，特别涉及一种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。

背景技术

在部分补偿法非零位干涉检测系统中，由部分补偿透镜和被测面组成干涉检测路。部分补偿透镜补偿被测面的大部分法线像差，将返回到干涉仪探测器像面处的波前斜率降低到可分辨范围，保证探测器能够采集到清晰的干涉条纹。实际检测时，为提高测量精度、减小系统误差，需要调整部分补偿透镜和被测面均与非零位干涉仪正确对准，即部分补偿透镜和被测面的光轴与干涉仪的光轴重合，尽量减小倾斜或偏心现象。否则，检测结果中将存在像散、慧差、高阶像差等波前误差，而且由部分补偿透镜和被测面对准误差引入的波前误差会相互耦合，严重影响整个系统的检测精度及检测结果正确性。因此，部分补偿透镜和被测面的快速、精确对准，是实现高效、高精度非零位干涉检测的重要基础。

针对部分补偿透镜的对准方法主要有两种。一种如专利非球面非零检测中非零补偿镜精密干涉定位调整装置及方法(中国专利，公开号CN 101592478A，公开日2009.12.02)中所述，设计辅助透镜与部分补偿透镜组成消球差透镜，辅助透镜的最后一面为标准参考面，通过标准参考面的自准直实现部分补偿透镜的对准。然而，这种方法对机械结构的要求高，且需要对每个部分补偿透镜均设计辅助透镜，增加了设计、加工和装调的复杂性，应用成本较高。另外一种方法如专利非球面非零位干涉检测中部分补偿透镜对准装置与方法(中国专利，公布号CN 102591031 A，公布日2012.07.18)中所述，设计对准平板并结合计算机迭代辅助装调，完成部分补偿透镜的精确对准。尽管这种方法更加通用化，但对准过程耗时、繁琐，且对装置所在环境也提出了较高要求，无法对部分补偿透镜进行快速精确对准，影响检测效率。

被测面的对准方法如专利一种光学干涉检测同轴度控制方法(中国专利，公布号CN 102538699 A，公布日2012.07.04)中所述，结合计算机迭代辅助装调，不断旋转被测面，进行数据处理并相应调整被测面的位置，实现被测面与干涉仪的光轴精确对准。这种方法中需要六维调整机构，对机构要求较高，且对准过程耗时、繁琐。另一种方法如专利一种用于光学元件在光轴方向位置对准的装置与方法(中国专利，公布号CN 103335615 A，公布日2013.10.02)中所述，设计计算全息图将入射光汇聚于被测面一点，通过调整“猫眼”条纹来对准被测面。这种方法需要额外设计并首先对准全息图，增加了调整成本和对准过程复杂度，且对于被测面的倾斜及偏心误差不够敏感。

因此，需要简单、高效的对准装置和方法，实现非零位检测中部分补偿透镜和被测面的对准。

发明内容

本发明的目的是提供一种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，实现部分补偿透镜和被测面与干涉仪之间简单快速的精确对准，从而提高非零位检测系统的调整效率和检测精度。

非零位检测中部分补偿透镜和被测面对准装置，本发明包括激光器、准直扩束系统、分光板、对准板、成像系统、探测器、参考平面反射镜、遮光板、部分补偿透镜、被测面；具体如下：

激光器发出的单模细光束经过准直扩束系统后，入射到镀有半透半反膜的分光板上，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，对准板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、位于分光板另一侧的位置，由成像系统将对准板成像于探测器上，透过分光板的光入射到另一个镀有半透半反膜的分光板上，一路光被反射，由位于参考平面反射镜前面的遮光板吸收和散射；另一路光透过分光板入射到部分补偿透镜，部分补偿透镜的前后表面分别反射一部分入射光，形成干涉条纹；被部分补偿透镜反射的光再次透过靠近部分补偿透镜的分光板后，被靠近激光器的分光板反射，由成像系统将干涉条纹成像于探测器；

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

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，可在对准板前方添加滤光片减小光强；