基于双波长光源的轴锥镜锥角检测装置及检测方法
【专利摘要】一种基于双波长光源的轴锥镜锥角检测装置，特点在于该装置由双波长光源、聚焦透镜、滤光小孔、分光镜、准直透镜、成像透镜、第一图像传感器、第二图像传感器、第一位置调整机构和第二位置调整机构组成，本发明装置和方法具有结构简单、计算方便和不需要标准镜等优点。
【专利说明】基于双波长光源的轴锥镜锥角检测装置及检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学检测领域，特别是一种基于双波长光源的轴锥镜锥角检测装置及检测方法。
技术背景
[0002]轴锥镜作为一个旋转对称角锥形光学元件，它可以为光学系统提供一个长焦深，这一优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轴锥镜可以实现环形照明模式。对轴锥镜锥角的高精度、大范围检测一直以来备受关注。
[0003]在先技术[I](M.de Angelis, S.De Nicola, P.Ferraro, et al.“Test of a conicallens using a two-be am shearing interferometer，，, Opt Laser Eng.39:155-163 (2003).)利用两束光剪切干涉技术检测轴锥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轴锥镜，根据其干涉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[2](Jun Ma, Christof Pruss, Matthias, et al.“Systematic analysisof the measurement of cone angles using high line density computer-generatedholograms”, Optical Engineering.50(5):05580-1-05880-9 (2011).)使用 Twyman-Green干涉仪对轴锥镜锥角进行检测，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。
【发明内容】
[0005]本发明为了克服上述现有技术的不足，提出一种基于双波长光源的轴锥镜锥角检测装置及检测方法，该装置和方法具有结构简单、计算方便和不需要标准镜等优点。
[0006]本发明的技术解决方案如下:
[0007]—种基于双波长光源的轴锥镜锥角检测装置，特点在于该装置由双波长光源、聚焦透镜、滤光小孔、分光镜、准直透镜、成像透镜、第一图像传感器、第二图像传感器、第一位置调整机构和第二位置调整机构组成，其位置关系是:沿双波长光源出射光束方向依次是所述的聚焦透镜、滤光小孔、分光镜、准直透镜、成像透镜和第二图像传感器；第一图像传感器位于所述的准直透镜的前焦面，且第一图像传感器的中心与所述的准直透镜的中心共轴；所述的分光镜位于第一图像传感器与准直透镜之间；所述的滤光小孔与第一图像传感器相对于所述的分光镜共轭；第二图像传感器位于所述的成像透镜的后焦面，且第二图像传感器的中心与成像透镜中心共轴；所述的聚焦透镜、准直透镜、成像透镜均为消色差透镜，在所述的准直透镜和成像透镜之间预留有待测轴锥镜位置并置于所述的第一位置调整机构上，所述的成像透镜和第二图像传感器置于所述的第二位置调整机构上。
[0008]利用权上述基于双波长的轴锥镜锥角检测装置对轴锥镜锥角的检测方法，其特点在于该方法包括以下步骤:[0009]①将待测轴锥镜放在所述的第一位置调整机构上，使所述的待测轴锥镜位于所述的准直透镜与成像透镜之间；
[0010]②启动所述的双波长光源，所述的双波长光源出射的光束经聚焦透镜聚焦、滤光小孔滤波、分光镜反射后进入所述的准直透镜准直，调节所述的第一位置调整机构，使准直光束从待测轴锥镜的平面入射，使从待测轴锥镜的平面反射的光束经所述的准直镜、分光镜到达第一图像传感器的中心位置；
[0011]③调节第二位置调整机构，使光束在第二图像传感器上形成两个光斑的位置，任意一个光斑的中心与所述的第二图像传感器的中心重合；
[0012]④记录第二图像传感器上两个光斑中心的位置，计算两个光斑中心的相对位置偏差Λ X，按下列公式计算待测轴锥镜的锥角Θ:
【权利要求】
1.一种基于双波长光源的轴锥镜锥角检测装置，特征在于该装置由双波长光源(I)、聚焦透镜(2)、滤光小孔(3)、分光镜(5)、准直透镜(6)、成像透镜(9)、第一图像传感器(4)、第二图像传感器(10)、第一位置调整机构(8)和第二位置调整机构(11)组成，其位置关系是:沿双波长光源(I)出射光束方向依次是所述的聚焦透镜(2)、滤光小孔(3)、分光镜(5)、准直透镜(6)、成像透镜(9)和第二图像传感器(10);第一图像传感器⑷位于所述的准直透镜(6)的前焦面，且第一图像传感器(4)的中心与所述的准直透镜(6)的中心共轴；所述的分光镜(5)位于第一图像传感器(4)与准直透镜(6)之间；所述的滤光小孔(3)与第一图像传感器(4)相对于所述的分光镜(5)共轭；第二图像传感器(10)位于所述的成像透镜(9)的后焦面，且第二图像传感器(10)的中心与成像透镜(9)中心共轴；所述的聚焦透镜(2)、准直透镜(6)、成像透镜(9)均为消色差透镜，在所述的准直透镜(6)和成像透镜(9)之间预留有待测轴锥镜(7)位置并置于所述的第一位置调整机构(8)上，所述的成像透镜(9)和第二图像传感器(10)置于所述的第二位置调整机构(11)上。
2.利用权利要求1所述的基于双波长的轴锥镜锥角检测装置对轴锥镜锥角的检测方法，其特点在于该方法包括以下步骤: ①将待测轴锥镜(7)放在所述的第一位置调整机构(8)上，使所述的待测轴锥镜(7)位于所述的准直透镜(6)与成像透镜(9)之间； ②启动所述的双波长光源(I)，所述的双波长光源(I)出射的光束经聚焦透镜(2)聚焦、滤光小孔(3)滤波、分光镜(5)反射后进入所述的准直透镜(6)准直，调节所述的第一位置调整机构(8)，使准直光束从待测轴锥镜(7)的平面入射，使从待测轴锥镜(7)的平面反射的光束经所述的准直镜(6)、分光镜(5)到达第一图像传感器(4)的中心位置； ③调节第二位置调整机构(11)，使光束在第二图像传感器(10)上形成两个光斑的位置，任意一个光斑的中心与所述的第二图像传感器(10)的中心重合； ④记录第二图像传感器(10)上两个光斑中心的位置，计算两个光斑中心的相对位置偏差Λ X，按下列公式计算待测轴锥镜(7)的锥角Θ:
【文档编号】G01B11/26GK103994734SQ201410219304
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年5月22日 优先权日:2014年5月22日
【发明者】王莹, 曾爱军, 张运波, 黄惠杰 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所