[发明专利]长程光学表面面形检测装置及检测方法

说明书

本发明涉及一种长程光学表面面形检测装置及检测方法，面形检测装置包括检测光路和用于形成测量光斑的f‑θ角度检测系统，检测光路中，直接入射到待测光学器件表面的入射光路上设有双劈尖机构，双劈尖机构包括沿所述入射光路间隔设置的两个单体楔形劈尖，入射光路穿过两个单体楔形劈尖，两个单体楔形劈尖可独立转动以通过转动改变其出射光路的角度并使出射光路以法线入射的形式入射到待测光学器件表面。本发明通过转动劈尖使反射光路沿入射光路原路返回并可结合测量光斑进行判断，待测光学器件的表面面形通过劈尖转动量来获取，光路在各光学元件上的作用位置一致，使传统系统中因横移量引入的各光学元件的角度误差均可完全避免，提高检测精度。

技术领域

本发明属于长程镜面的面形检测技术领域，具体涉及一种长程光学表面面形检测装置及检测方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展，各应用领域对镜面面形检测提出了更高的要求。为了提升长程面形仪的检测能力，需要对其各种系统误差进行修正或消除。在这些系统误差中，最主要的一类是由于长程面形仪本身光路系统中所用到的光学元件与理想光学元件之间的微小差异而引入的，主要表现在两方面：

一方面是光路系统中的各反射光学元件面形与理想反射光学元件面形的微小加工差异以及透射光学元件的材质折射率不均匀都会引入系统误差，当测量光束入射到非理想光学元件上时，非理想光学元件会导致出射光束的方向与理想出射方向产生微小的偏离，从而引入角度测量误差；

另一方面是被待测光学器件反射回的光束随着测量角度的变化会在系统中各光学元件上产生横移，距待测面越远，横移量越大，引入测量系统中同一光学元件上不同点处的误差越多，就可能引入更多的系统误差。横移量、加工缺陷还包括像差都在引入角度测量误差。

比如CN105737758A中附图1所示的pp-LTP的光学结构，其检测光路上引入了相板2'、分束镜3'、平面反射镜4'、五棱镜5'、以及f-θ角度检测系统的傅里叶变换透镜7'，这些光学元件都会引入上述的系统误差，所以CN105737758A中通过采用单孔屏的新结构，使引入误差的光学元件仅有平面反射镜、傅里叶变换透镜，减少了引入系统误差的光学元件数目，减少了横移量，提高检测精度。

也有CN105737759A所公开的检测光路结构，将f-θ角度检测系统设置在了移动光学头上，结构更紧凑，减小横移量，使引入误差的光学元件仅有傅里叶变换透镜。

也有CN105758333A所公开的检测光路结构，也是将f-θ角度检测系统设置在了移动光学头上，其引入误差的光学元件仅有分束镜。

也有CN105674913A所公开的检测光路结构，其引入误差的光学元件仅有分束镜、傅里叶变换透镜。

如上可见，现有的长程面形测量技术方案中，都是通过结构的变化达到减少光学元件以及减少引入误差的光学元件的目的，还未能完全地或者说更好地消除系统误差，并且通过f-θ角度检测系统的面阵探测器(CCD)上的测量光斑的落点之间的差值来反馈被测光学器件的表面面形的形式，也都还不可避免地存在面阵探测器像素点的加工不均匀性、光电响应效率不一致、电子线路一致性等带入系统误差的问题，而理论上来说，傅里叶变换透镜与面阵探测器之间的距离越大分辨能力越高，以目前的检测形式，距离越大又会使引入面阵探测器(CCD)上不同点处的误差越多，存在矛盾。

而劈尖干涉所使用到的楔形劈尖在目前的光学产品或试验中常有引用，通过转动可变化光路路径，如CN108317959A、CN109579708A、CN208042993U都有所涉及，申请人考虑将其巧妙应用于长程面形镜面的面形检测中，使长程面形测量设备的精度可以进一步得到提高。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明要解决的技术问题是提供一种长程光学表面面形检测装置及检测方法，避免检测光路中的光学元件因面形误差、折射率误差以及横移量带来系统误差的问题，取得减少系统误差引入并提高检测精度的效果。