锥形镜锥角测量装置及测量方法
【专利摘要】一种锥形镜锥角测量装置及测量方法，锥形镜锥角测量装置由光源、聚焦透镜、滤光小孔、分光镜、准直透镜、反射镜、图像传感器、第一调整机构和带有高精密角位移台的第二调整机构组成，本发明具有结构简单、操作方便、不需要标准镜即可实现锥形镜的锥角测量等优点。
【专利说明】锥形镜锥角测量装置及测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及光学检测领域，特别是一种锥形镜锥角测量装置及测量方法。 技术背景
[0002] 锥形镜作为一个旋转对称角锥形光学元件，它可W为光学系统提供一个长焦深， 该一特点使它广泛应用于激光束整形、激光钻孔、光学检测、激光谐振腔、非衍射光束的产 生等方面，尤其在光刻照明系统中利用锥形镜可W实现环形照明模式。对锥形镜锥角的高 精度、大范围检测一直W来备受关注。
[000引 在先技术[1] (M. de Angelis, S. De Nicola, P. Ferraro, et al. "Test of a conical lens using a two-beam shearing interferometer", Opt Laser 化g. 39:155-163 (2003).)利用两束光剪切干设技术检测锥形镜平面与锥形面形成的夹角， 其光学结构需要两束具有一小角度的相干光透过锥形镜，根据其干设条纹求出两束光相位 差后计算其锥角，计算过程较复杂。
[0004] 在先技术巧](Jun Ma, Qiristof Pruss, Matthias, et al. "Systematic analysis of the measurement of cone angles using high line density computer-generated holograms" , Optical Engineering. 50 巧）：05580-l-05880-9 (2011).)使用 Twyman-Green 干设仪对锥形镜锥角进行检测，检测前需制作高线密度的计算全息图作为标准镜，计算全 息图加工难度大，成本高。
[0005] 在先技术巧](王奎，曾爱军，袁乔，黄惠杰，轴锥镜锥角检测装置及其检测方法， CN 201410109974, 2014)给出了一种轴锥镜锥角检测装置及其检测方法，该装置由平行光 管、聚焦透镜和图像传感器组成，在所述的平行光管和聚焦透镜之间设置光模和待测锥形 镜的插口。通过对比光模与待测锥形镜透射光经聚焦透镜聚焦到图像传感器感光面上像 的位置偏差及光模的模角来计算锥形镜的锥角。该装置虽然能实现对任意角度锥形镜的测 量，但是测量锥角前需要制作光模，不能实现实时测量。
【发明内容】
[0006] 本发明为了克服上述现有技术的不足，提出一种锥形镜锥角测量装置及测量方 法，该装置具有结构简单，操作方便，不需要标准镜，即可实现锥形镜的锥角测量等优点。
[0007] 本发明的技术解决方案如下；
[000引一种锥形镜锥角测量装置，特点在于该装置由光源、聚焦透镜、滤光小孔、分光镜、 准直透镜、反射镜、图像传感器、第一调整机构和带有高精密角位移台的第二调整机构组 成，上述元部件的位置关系如下：沿光源出射光束方向依次是聚焦透镜、滤光小孔、分光镜、 准直透镜和反射镜；所述的图像传感器位于准直透镜的前焦面，图像传感器与所述的准直 透镜共光轴；所述的分光镜位于图像传感器和准直透镜之间；所述的滤光小孔位于所述的 聚焦透镜的焦平面，所述的滤光小孔和图像传感器相对于所述的分光镜共辆，在所述的准 直透镜与反射镜之间预留有待测锥形镜的位置；该待测锥形镜固定在第一调整机构上，所 述的反射镜固定在第二调整机构的精密角位移台上。
[0009] 利用上述锥形镜锥角测量装置进行锥形镜锥角的检测方法，该方法包括W下步 骤：
[0010] ①所述的光源出射的光束经聚焦透镜聚焦到滤光小孔，通过滤光小孔的光经分光 镜与准直透镜输出准直光束，该准直光束照射所述的反射镜，通过第二调整机构调整所述 的反射镜，使反射镜的反射光束原路返回，经所述的准直透镜、分光镜到达所述的图像传感 器的中屯、位置，记录所述的第二调整机构的角位移台的角度读数01;
[0011] ②将待测锥形镜置于所述的第一调整机构上，通过第一调整机构的调整，使待测 锥形镜位于所述的准直透镜与反射镜之间，经所述的准直透镜的准直光束从待测锥形镜的 平面入射；
[0012] ⑨通过第一调整机构调整所述的待测锥形镜，使待测锥形镜的反射光经准直透 镜、分光镜到达所述的图像传感器的中屯、位置；
[0013] ④通过第二调整机构的角位移台转动所述的反射镜，使反射镜的反射光束经待测 锥形镜、准直透镜、分光镜到达所述的图像传感器的中屯、位置，记录第二调整机构的角位移 台的角度读数02,按下列公式计算得到所述的待测锥形镜的锥角0 :
[0014]
【权利要求】
1. 一种锥形镜锥角测量装置，特征在于该装置由光源（1)、聚焦透镜（2)、滤光小孔 (3)、分光镜（5)、准直透镜（6)、反射镜（9)、图像传感器（4)、第一调整机构（8)和带有高精 密角位移台的第二调整机构（10)组成，上述元部件的位置关系如下：沿光源（1)出射光束 方向依次是聚焦透镜（2)、滤光小孔（3)、分光镜（5)、准直透镜（6)和反射镜（9);所述的图 像传感器（4)位于准直透镜（6)的前焦面，图像传感器（4)与所述的准直透镜（6)共光轴； 所述的分光镜（5)位于图像传感器（4)和准直透镜（6)之间；所述的滤光小孔（3)位于所 述的聚焦透镜（2)的焦平面，所述的滤光小孔（3)和图像传感器（4)相对于所述的分光镜 (5)共轭，在所述的准直透镜（6)与反射镜（9)之间预留有待测锥形镜（7)的位置；该待测 锥形镜（7)固定在第一调整机构（8)上，所述的反射镜（9)固定在第二调整机构（10)的精 密角位移台上。
2. 利用权利要求1所述的锥形镜锥角测量装置进行锥形镜锥角的检测方法，其特征在 于该方法包括以下步骤： ① 所述的光源（1)出射的光束经聚焦透镜（2)聚焦到滤光小孔（3)，通过滤光小孔（3) 的光经分光镜（5)与准直透镜（6)输出准直光束，该准直光束照射所述的反射镜（9)，通过 第二调整机构（10)调整所述的反射镜（9)，使反射镜（9)的反射光束原路返回，经所述的准 直透镜（6)、分光镜（5)到达所述的图像传感器（4)的中心位置，记录所述的第二调整机构 (10)的角位移台的角度读数 ② 将待测锥形镜（7)置于所述的第一调整机构（8)上，通过第一调整机构（8)的调整， 使待测锥形镜（7)位于所述的准直透镜（6)与反射镜（9)之间，经所述的准直透镜（6)的 准直光束从待测锥形镜（7)的平面入射； ③ 通过第一调整机构（8)调整所述的待测锥形镜（7)，使待测锥形镜（7)的反射光经准 直透镜（6)、分光镜（5)到达所述的图像传感器（4)的中心位置； ④ 通过第二调整机构（10)的角位移台转动所述的反射镜（9)，使反射镜（9)的反射光 束经待测锥形镜（7)、准直透镜（6)、分光镜（5)到达所述的图像传感器（4)的中心位置，记 录第二调整机构（10)的角位移台的角度读数e2，按下列公式计算得到所述的待测锥形镜 (7)的锥角0 :
式中，n为所述的待测锥形镜（7)相对入射光波长的折射率。
【文档编号】G01B11/26GK104501743SQ201410779061
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月16日 优先权日:2014年12月16日
【发明者】王莹, 曾爱军, 张运波, 顾帅妍, 黄惠杰 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所