一種高精度長(zhǎng)程光學(xué)表面面形檢測(cè)儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高精度長(zhǎng)程光學(xué)表面面形檢測(cè)儀，包括第一光學(xué)頭、參考鏡和第二光學(xué)頭，所述第一光學(xué)頭用于掃描待測(cè)光學(xué)元件，所述參考鏡固定設(shè)置于所述第一光學(xué)頭的側(cè)壁上，所述第二光學(xué)頭向所述參考鏡投射參考光束，并檢測(cè)所述參考鏡反射的參考光束，所述第一光學(xué)頭與所述第二光學(xué)頭的精度等級(jí)不同。本發(fā)明中采用第一光學(xué)頭和第二光學(xué)頭，第一光學(xué)頭進(jìn)行掃描測(cè)量待測(cè)光學(xué)元件，第二光學(xué)頭進(jìn)行第一光學(xué)頭的掃描運(yùn)動(dòng)誤差檢測(cè)，兩光學(xué)頭根據(jù)不同的檢測(cè)需求和等級(jí)來(lái)設(shè)置精度、測(cè)量范圍以及光束寬度，從而能夠更加準(zhǔn)確的測(cè)量待測(cè)光學(xué)元件，而且不易受外界環(huán)境干擾。
【專利說(shuō)明】一種高精度長(zhǎng)程光學(xué)表面面形檢測(cè)儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)表面面形檢測(cè)儀，尤其與高精度、長(zhǎng)程的光學(xué)表面面形檢測(cè)儀的結(jié)構(gòu)有關(guān)。
【背景技術(shù)】
[0002]在科學(xué)研究、信息技術(shù)、航空航天、國(guó)防工業(yè)、天文觀測(cè)等領(lǐng)域中，尤其是同步輻射光學(xué)工程領(lǐng)域，均需要極高面形精度(I納米量級(jí)、10納弧度量級(jí))的光學(xué)元件。如此高精度的光學(xué)元件的加工技術(shù)極大程度上依賴于高精度的面形檢測(cè)技術(shù)。
[0003]目前普遍使用的長(zhǎng)程面形檢測(cè)儀均基于Θ光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行角度測(cè)量，即使細(xì)光束入射傅里葉變換(FT)透鏡并在透鏡焦平面上利用線陣或面陣探測(cè)器檢測(cè)焦斑圖樣的位置，該位置信息反映了入射光束角度信息，二者關(guān)系為:
[0004]Δ d = f* Δ Θ，
[0005]其中Ad為探測(cè)器上圖樣位置移動(dòng)距離，f為透鏡焦距，Δ Θ為入射光束角度變化量。
[0006]光束在入射FT透鏡之前,先直線平移掃描待測(cè)光學(xué)兀件表面并被該表面反射后進(jìn)入FT透鏡，因此反射光束角度變化Λ Θ即為掃描過(guò)程中樣品掃描點(diǎn)的角度變化Λ α的
2倍:Ad = 2f*A α即H = f，由此得到待測(cè)表面不同位置的角度而恢復(fù)其面形。
[0007]長(zhǎng)程面形檢測(cè)儀大致分為兩大類:
[0008]—類是基于細(xì)激光束的f_ Θ系統(tǒng)的長(zhǎng)程面形儀(Long Trace Profiler,以下簡(jiǎn)稱LTPhLTP將上述細(xì)光束改為由一束激光分束而成的兩束相干的細(xì)光束，則可在探測(cè)器上得到干涉圖樣以代替焦斑圖樣，這有助于提高測(cè)量分辨率并抑制多個(gè)光學(xué)表面產(chǎn)生的一些額外干涉影響。LTP又分為L(zhǎng)TP II和pp-LTP。
[0009]另一類是基于f_ Θ自準(zhǔn)直儀的納米光學(xué)檢測(cè)儀(Nanometre Optical Metrology,以下簡(jiǎn)稱N0M)，即上述細(xì)光束為自準(zhǔn)直儀通過(guò)限光孔徑產(chǎn)生，并返回自準(zhǔn)直儀檢測(cè)。利用白光LED自準(zhǔn)直儀可以較好地消除光源指向性誤差，又可以消除額外干涉。但是由于光源強(qiáng)度受限，限光孔徑要開(kāi)的比較大才能獲得較好的信噪比，造成了儀器空間分辨率的下降。
[0010]由于要進(jìn)行高精度長(zhǎng)程(通常達(dá)到Im)掃描檢測(cè)，長(zhǎng)程面形檢測(cè)儀是一種較大型的實(shí)驗(yàn)測(cè)試儀器，包括其所有附件，總占地達(dá)幾十平米。
[0011]國(guó)際上，早在1975年便開(kāi)展了非接觸式面形檢測(cè)的研究工作，當(dāng)時(shí)采用的是將激光聚焦在待測(cè)表面的測(cè)量方法，測(cè)量精度較低，并且不適用于有較大曲率的光學(xué)元件。1982年，Von Bieren提出基于波前干涉方法的筆光束干涉儀，大大提高了測(cè)量精度和適用范圍。然而其兩束相干光光程不等，受激光及環(huán)境不穩(wěn)定因素影響很大。1989年美國(guó)BNL的PeterZ.Takacs及合肥NSRL的錢石南在此基礎(chǔ)上提出了基于等光程分光單元的筆光束干涉面形儀并命名LTP，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光學(xué)面形的高精度測(cè)量。LTP可以方便地調(diào)整雙光束的間距改變CCD上干涉條紋的空間周期，但由于掃描頭采用光筆直接掃描結(jié)構(gòu)，面形測(cè)量精度受導(dǎo)軌精度的影響很大；為此，儀器選用了精度高但機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高的氣浮導(dǎo)軌。1992年LBL的S.C.1rick和W.R.Mckinny提出了 LTP II，采用參考鏡補(bǔ)償技術(shù)，校正光筆干涉儀中激光光束指向不穩(wěn)定性引起的測(cè)量誤差；同時(shí)也部分校正了空氣溫度不均勻及氣流對(duì)測(cè)量精度的影響；此外光學(xué)頭結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，使絕大部分的掃描運(yùn)動(dòng)誤差得到抑制。
[0012]LTP II的光學(xué)結(jié)構(gòu)如圖1所示，激光光源I經(jīng)位相板2變?yōu)閮砂牍庀嗖畎氩ㄩL(zhǎng)的光束，再經(jīng)分束器3分為兩束，一束為測(cè)量光束，投至待測(cè)光學(xué)元件4表面經(jīng)反射至FT透鏡7將測(cè)量光束角度信息轉(zhuǎn)換為面陣探測(cè)器8上焦斑位置信息；另一束為參考光束，經(jīng)達(dá)芙棱鏡5反射后投至固定于光學(xué)平臺(tái)的傾斜平面反射鏡6經(jīng)反射返回經(jīng)達(dá)芙棱鏡5，再經(jīng)FT透鏡7將參考光束角度信息轉(zhuǎn)換為面陣探測(cè)器8上焦斑位置信息，達(dá)芙棱鏡5的作用是將光源I指向性誤差和掃描運(yùn)動(dòng)誤差合成一同通過(guò)同一參考光路測(cè)量。
[0013]1995 年 S.N.Qian 等繼續(xù)發(fā)展 LTP,提出了 ppLTP (pentaprism Long TraceProfiler-五棱鏡長(zhǎng)程面形儀)，使用靈活小巧的五角棱鏡掃描代替光筆干涉儀光學(xué)頭的整體掃描，同樣使絕大部分掃描運(yùn)動(dòng)誤差得到抑制；并利用激光光纖準(zhǔn)直技術(shù)提高了干涉儀中激光束的指向性。美國(guó)的BNL、意大利的Elettra等實(shí)驗(yàn)室都建立了 ppLTP。
[0014]ppLTP光學(xué)結(jié)構(gòu)如圖2所示，激光光源Pl經(jīng)位相板p2變?yōu)閮砂牍庀嗖畎氩ㄩL(zhǎng)的光束，再經(jīng)分束器P3分為兩束，一束為測(cè)量光束，投至五棱鏡p5經(jīng)兩次反射投至待測(cè)光學(xué)元件p6表面經(jīng)反射返回經(jīng)五棱鏡p5，再經(jīng)FT透鏡p7將測(cè)量光束角度信息轉(zhuǎn)換為面陣探測(cè)器P8上焦斑位置信息，五棱鏡p5的作用是使出射光束與入射光束保持固定角度，不受五棱鏡P5本身掃描運(yùn)動(dòng)俯仰誤差影響，因此ppLTP沒(méi)有設(shè)置掃描運(yùn)動(dòng)參考光路；另一束為光源指向性參考光束，投至平面反射鏡P4經(jīng)反射至FT透鏡p7將參考光束角度信息轉(zhuǎn)換為面陣探測(cè)器P8上焦斑位置信息。
[0015]由2004年BESSY-1I建立了 NOM裝置，掃描機(jī)制與ppLTP相同，都是利用五棱鏡對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)誤差的不靈敏特性。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括:五棱鏡、自準(zhǔn)直儀、光欄。利用白光LED自準(zhǔn)直儀可以較好地消除光源指向性誤差，又可以消除額外干涉。但由于光源強(qiáng)度受限，限光孔徑要開(kāi)的比較大才能獲得較好的信噪比，造成了儀器空間分辨率的下降。NOM光學(xué)結(jié)構(gòu)如圖3所示，光學(xué)頭NlOO為被固定在光學(xué)臺(tái)支座上自準(zhǔn)直儀，產(chǎn)生的準(zhǔn)直光束經(jīng)過(guò)五棱鏡N5偏轉(zhuǎn)，再經(jīng)過(guò)限光孔徑N6，投至待測(cè)光學(xué)元件N300并被反射返回，經(jīng)限光孔徑N6、五棱鏡N5至自準(zhǔn)直儀NlOO檢測(cè)角度變化。五棱鏡N5與可調(diào)節(jié)的限光孔徑N6 —同構(gòu)成N200掃描運(yùn)動(dòng)部分；自準(zhǔn)直儀NlOO內(nèi)部包含白光LED光源NI，經(jīng)限光狹縫N2限制作為光源，經(jīng)分束棱鏡N3后經(jīng)透鏡N4準(zhǔn)直為平行光束發(fā)射出去；返回光束經(jīng)透鏡N4匯聚及分束棱鏡N3反射，焦斑位于面陣探測(cè)器N7上；通過(guò)檢測(cè)焦斑位置變化來(lái)反映待測(cè)光學(xué)元件的角度變化信息。五棱鏡N5的作用是使出射光束與入射光束保持固定角度，不受五棱鏡N5本身掃描運(yùn)動(dòng)俯仰誤差影響，因此NOM沒(méi)有設(shè)置掃描運(yùn)動(dòng)參考光路；自準(zhǔn)直儀NlOO的光源為狹縫穩(wěn)定地限制，因此NOM也沒(méi)有設(shè)置光源指向性參考光束。
[0016]現(xiàn)有長(zhǎng)程面形檢測(cè)儀性能的受限于以下幾個(gè)方面:
[0017]1、由于光路在儀器內(nèi)部的非理想光學(xué)元件上的大側(cè)向位移降低測(cè)量精度；
[0018]儀器內(nèi)部所使用的光學(xué)元件總是不理想的(存在像差、面形誤差、折射率不均勻等等)，造成光學(xué)元件的不同位置、不同角度入射光都對(duì)應(yīng)不同的附加誤差，因此細(xì)光束在光學(xué)元件上的產(chǎn)生大幅的側(cè)向位移時(shí)，將降低儀器測(cè)量精度。[0019]而光路產(chǎn)生側(cè)向位移有兩種原因:一是光束角度變化使長(zhǎng)光路的光束在光學(xué)元件上掃動(dòng)，二是連接固定元件和掃描運(yùn)動(dòng)元件的光路不平行與掃描運(yùn)動(dòng)方向造成光束在光學(xué)元件上的側(cè)向位移。對(duì)于PPTLP和NOM兩種因素影響都很大。對(duì)于LTP II，為了使參考光束與測(cè)量光束在探測(cè)器上分開(kāi)，則要求傾斜參考光束，造成較嚴(yán)重的第二種側(cè)向位移。
[0020]2、由于光路長(zhǎng)度大幅變化造成的儀器難于標(biāo)定校準(zhǔn)；
[0021]上述問(wèn)題理論上可以利用標(biāo)準(zhǔn)角度產(chǎn)生設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定校準(zhǔn)而得到緩解，然而校準(zhǔn)必須獲得儀器光學(xué)元件的各個(gè)側(cè)向位置上的各個(gè)入射角度的標(biāo)定數(shù)據(jù)，由于同一入射角度下的側(cè)向位置由光路長(zhǎng)度決定，因此當(dāng)光路長(zhǎng)度傾斜且大幅變化時(shí)，必須標(biāo)定不同光路長(zhǎng)度下不同入射角度(空間二維角度)的標(biāo)定數(shù)據(jù)，這是一個(gè)三維的標(biāo)定，由于標(biāo)定量過(guò)大而很難實(shí)現(xiàn)。另外，在完成標(biāo)定后的測(cè)量應(yīng)用時(shí)，必須實(shí)時(shí)精確提供光路長(zhǎng)度變化以利用標(biāo)定數(shù)據(jù)，這也是不容易實(shí)現(xiàn)的?，F(xiàn)有的面形檢測(cè)儀器都存在難于標(biāo)定校準(zhǔn)的問(wèn)題。
[0022]3、適用于檢測(cè)的光學(xué)表面角度范圍較小；
[0023]對(duì)于現(xiàn)有ppLTP和Ν0Μ，由于光路長(zhǎng)度較大，當(dāng)測(cè)量大角度范圍的光學(xué)表面時(shí)，其測(cè)量光束的側(cè)向位移很大而造成較大的誤差，因此不適用于大角度范圍的面形測(cè)量。
[0024]4、掃描運(yùn)動(dòng)誤差和光源指向性誤差的參考測(cè)量精度較低。
[0025]現(xiàn)有LTP均利用同一光學(xué)頭完成光學(xué)表面測(cè)量和參考測(cè)量，但二者的測(cè)量特點(diǎn)有很大差別。光學(xué)表面測(cè)量要求有較大的測(cè)量范圍，參考測(cè)量則僅僅要求很小范圍內(nèi)的測(cè)量；光學(xué)表面測(cè)量要求利用細(xì)光束實(shí)現(xiàn)高空間分辨率，參考測(cè)量則沒(méi)有這個(gè)要求。大測(cè)量范圍、高空間分辨的光學(xué)頭必須以犧牲測(cè)量精度為代價(jià)?，F(xiàn)有LTP參考測(cè)量引入光學(xué)表面測(cè)量同一光學(xué)頭檢測(cè)，造成LTP的掃描運(yùn)動(dòng)誤差及光源指向性誤差參考測(cè)量精度的降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0026]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的為提供一種檢測(cè)精度高、抗干擾能力強(qiáng)的高精度長(zhǎng)程光學(xué)表面面形檢測(cè)儀。
[0027]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0028]—種高精度長(zhǎng)程光學(xué)表面面形檢測(cè)儀，包括第一光學(xué)頭、參考鏡和第二光學(xué)頭，所述第一光學(xué)頭用于掃描待測(cè)光學(xué)元件，所述參考鏡固定設(shè)置于所述第一光學(xué)頭的側(cè)壁上，所述第二光學(xué)頭向所述參考鏡投射參考光束，并檢測(cè)所述參考鏡反射的參考光束，所述第一光學(xué)頭與所述第二光學(xué)頭的精度等級(jí)不同。
[0029]進(jìn)一步，所述待測(cè)光學(xué)元件設(shè)置于一光學(xué)平臺(tái)上，所述第一光學(xué)頭設(shè)置于所述光學(xué)平臺(tái)上方，所述第二光學(xué)頭固定設(shè)置。
[0030]進(jìn)一步，所述待測(cè)光學(xué)元件水平設(shè)置，所述第一光學(xué)頭接近所述待測(cè)光學(xué)元件設(shè)置，且沿水平方向進(jìn)行掃描運(yùn)動(dòng)，所述參考鏡豎直設(shè)置。
[0031]進(jìn)一步，所述第一光學(xué)頭為細(xì)激光束的f_ Θ系統(tǒng)，包括激光器、稱合透鏡、光纖、準(zhǔn)直透鏡、位相板、分束器、平面反射鏡、傅里葉變換透鏡和面陣探測(cè)器，所述激光器依次通過(guò)耦合透鏡、光纖、準(zhǔn)直透鏡和位相板向所述分束器投射光束，所述分束器將所述光束一部分投射至所述平面反射鏡，然后再通過(guò)所述分束器的反射并通過(guò)所述傅里葉變換透鏡至所述面陣探測(cè)器，另一部分投射至所述待測(cè)光源元件，然后再通過(guò)所述分束器的反射并通過(guò)所述傅里葉變換透鏡至所述面陣探測(cè)器。[0032]進(jìn)一步，所述平面反射鏡相對(duì)所述分束器投射的光束傾斜設(shè)置。
[0033]進(jìn)一步,所述第一光學(xué)頭為一自準(zhǔn)直儀。
[0034]進(jìn)一步，所述第二光學(xué)頭為一自準(zhǔn)直儀。
[0035]進(jìn)一步，所述第二光學(xué)頭為如上所述的細(xì)激光束的f_ Θ系統(tǒng)。
[0036]進(jìn)一步，所述參考鏡為平面反射鏡。
[0037]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中采用第一光學(xué)頭和第二光學(xué)頭，第一光學(xué)頭進(jìn)行掃描測(cè)量待測(cè)光學(xué)元件，第二光學(xué)頭進(jìn)行第一光學(xué)頭的掃描運(yùn)動(dòng)誤差檢測(cè)，兩光學(xué)頭根據(jù)不同的檢測(cè)需求和等級(jí)來(lái)設(shè)置精度、測(cè)量范圍以及光束寬度，從而能夠更加準(zhǔn)確的測(cè)量待測(cè)光學(xué)元件，而且不易受外界環(huán)境干擾。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0038]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明:
[0039]圖1為現(xiàn)有的LTP II光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖2為現(xiàn)有的ppLTP光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖3為現(xiàn)有的NOM光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖4為本發(fā)明的高精度長(zhǎng)程光學(xué)表面面形檢測(cè)儀結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043]體現(xiàn)本發(fā)明特征與優(yōu)點(diǎn)的典型實(shí)施例將在以下的說(shuō)明中詳細(xì)敘述。應(yīng)理解的是本發(fā)明能夠在不同的實(shí)施例上具有各種的變化，其皆不脫離本發(fā)明的范圍，且其中的說(shuō)明及附圖在本質(zhì)上是當(dāng)作說(shuō)明之用，而非用以限制本發(fā)明。
[0044]如圖4所示，本發(fā)明的高精度長(zhǎng)程光學(xué)表面面形檢測(cè)儀，包括第一光學(xué)頭100、參考鏡300和第二光學(xué)頭200。其中，第一光學(xué)頭100用于掃描待測(cè)光學(xué)元件400，參考鏡300固定設(shè)置于第一光學(xué)頭100的側(cè)壁上，第二光學(xué)頭200向參考鏡300投射參考光束，并檢測(cè)參考鏡300反射的參考光束600，第一光學(xué)頭100與第二光學(xué)頭200的精度等級(jí)不同。
[0045]本發(fā)明中，待測(cè)光學(xué)元件400設(shè)置于一光學(xué)平臺(tái)(圖中未示出)上，第一光學(xué)頭100設(shè)置于光學(xué)平臺(tái)上方方，第二光學(xué)頭200固定設(shè)置。待測(cè)光學(xué)元件400水平設(shè)置，第一光學(xué)頭100接近待測(cè)光學(xué)元件400設(shè)置，且沿水平方向進(jìn)行掃描運(yùn)動(dòng)，參考鏡300豎直設(shè)置。
[0046]本發(fā)明中，第一光學(xué)頭100可以為一自準(zhǔn)直儀，也可為細(xì)激光束的f-θ系統(tǒng)。如圖4所示，本實(shí)施例中，第一光學(xué)頭100為細(xì)激光束的f-θ系統(tǒng)。具體說(shuō)，第一光學(xué)頭100包括激光器101、耦合透鏡102、光纖103、準(zhǔn)直透鏡104、位相板105、分束器106、平面反射鏡107、傅里葉變換透鏡108和面陣探測(cè)器109，激光器101、耦合透鏡102、光纖103、準(zhǔn)直透鏡104、位相板105、分束器106、平面反射鏡107、傅里葉變換透鏡108和面陣探測(cè)器109均置于殼體110中。激光器101依次通過(guò)耦合透鏡102、光纖103、準(zhǔn)直透鏡104和位相板105向分束器106投射光束500，分束器106將光束500 —部分投射至平面反射鏡107，然后再通過(guò)分束器106的反射并通過(guò)傅里葉變換透鏡108至面陣探測(cè)器109，另一部分投射至待測(cè)光源元件400，然后再通過(guò)分束器106的反射并通過(guò)傅里葉變換透鏡108至面陣探測(cè)器109。平面反射鏡107相對(duì)分束器106投射的光束500傾斜設(shè)置。[0047]本發(fā)明中，第二光學(xué)頭200可以為一自準(zhǔn)直儀，也可為如上所述的細(xì)激光束的f-θ系統(tǒng)。本實(shí)施例中，如圖4所示，第二光學(xué)頭為自準(zhǔn)直儀。本實(shí)施例中，參考鏡300為平面反射鏡。
[0048]本實(shí)施例中，第一光學(xué)頭100為內(nèi)置光源指向性參考光路的細(xì)激光束的f_ Θ測(cè)量光學(xué)頭，激光光源經(jīng)耦合透鏡102進(jìn)入光纖103再經(jīng)準(zhǔn)直透鏡104準(zhǔn)直作為第一光學(xué)頭100光源，經(jīng)位相板105變?yōu)閮砂牍庀嗖畎氩ㄩL(zhǎng)的光束，再經(jīng)分束器106分為兩束，一束為測(cè)量光束，投至待測(cè)光學(xué)元件400表面經(jīng)反射至傅里葉變換(FT)透鏡108將測(cè)量光束角度信息轉(zhuǎn)換為面陣探測(cè)器109上焦斑位置信息；另一束為光源指向性參考光束，投至固定于第一光學(xué)頭100內(nèi)部的平面反射鏡107經(jīng)反射至傅里葉變換(FT)透鏡108將參考光束角度信息轉(zhuǎn)換為面陣探測(cè)器108上焦斑位置信息。第二光學(xué)頭200采用高精度小范圍的寬光束自準(zhǔn)直儀，沿掃描運(yùn)動(dòng)方向垂直投至固定于第一光學(xué)頭100的參考鏡300，反射光返回至自準(zhǔn)直儀參量第一光學(xué)頭100掃描運(yùn)動(dòng)誤差。
[0049]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0050]1、大幅降低了光路在儀器內(nèi)部的非理想光學(xué)元件上的側(cè)向位移，從而提高了測(cè)量精度。具體地包含以下幾個(gè)方面:
[0051]I)測(cè)量光束的低側(cè)向位移。與現(xiàn)有ppLTP及NOM相比，本發(fā)明檢測(cè)儀的測(cè)量光路長(zhǎng)度很短，這大幅降低了掃描過(guò)程中測(cè)量光束角度變化引起的側(cè)向位移。另外，本發(fā)明檢測(cè)儀的測(cè)量光路長(zhǎng)度幾乎是固定的(其變化僅僅為待測(cè)鏡面高度變化)，這樣幾乎消除了傾斜的測(cè)量光束在掃描過(guò)程中光路長(zhǎng)度變化的側(cè)向位移。
[0052]2)光源指向性參考光束的低側(cè)向位移。光源指向性參考光束被完全限制在第一光學(xué)頭100內(nèi)部，同樣為很短的固定長(zhǎng)度光路，該光路側(cè)向位移對(duì)儀器精度影響小到可以完全忽略。
[0053]3)掃描運(yùn)動(dòng)參考光束的低側(cè)向位移。由于第二光學(xué)頭200專用于完成掃描運(yùn)動(dòng)的參考測(cè)量，因此參考光束為非傾斜設(shè)計(jì)，即與掃描運(yùn)動(dòng)方向完全平行，這樣與LTP II的傾斜參考光束設(shè)計(jì)相比，掃描運(yùn)動(dòng)參考光束的側(cè)向位移基本完全消除。
[0054]2、儀器易于標(biāo)定校準(zhǔn)；
[0055]本發(fā)明第一光學(xué)頭100中的所有光路長(zhǎng)度基本固定，易于標(biāo)定校準(zhǔn)。第二光學(xué)頭200光路長(zhǎng)度雖然變化，但由于是非傾斜光束幾乎沒(méi)有側(cè)向位移，因此校準(zhǔn)時(shí)不用考慮光路長(zhǎng)度變化影響，易于校準(zhǔn)。
[0056]3、可適用于大角度范圍的光學(xué)表面檢測(cè)；
[0057]本發(fā)明中，測(cè)量光路很短，同樣的測(cè)點(diǎn)角度變化造成的側(cè)向位移很小，因此可用于檢測(cè)大角度范圍的光學(xué)表面。
[0058]4、掃描運(yùn)動(dòng)誤差和光源指向性誤差的參考測(cè)量精度高。
[0059]本發(fā)明中，光源指向性參考光路完全封閉于第一光學(xué)頭100內(nèi)部，光路長(zhǎng)度很短且固定，無(wú)側(cè)向位移并且不易受到環(huán)境不穩(wěn)定性的影響，因而光源指向性測(cè)量精度大幅提高。本發(fā)明第二光學(xué)頭200的非傾斜掃描運(yùn)動(dòng)參考光束基本完全消除了側(cè)向位移，同時(shí)該光束使用寬光束，不易受到環(huán)境不穩(wěn)定性及側(cè)向位移影響，因而掃描運(yùn)動(dòng)測(cè)量精度大幅提聞。
[0060]本發(fā)明的技術(shù)方案已由優(yōu)選實(shí)施例揭示如上。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識(shí)到在不脫離本發(fā)明所附的權(quán)利要求所揭示的本發(fā)明的范圍和精神的情況下所作的更動(dòng)與潤(rùn)飾，均屬本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種高精度長(zhǎng)程光學(xué)表面面形檢測(cè)儀，其特征在于，包括第一光學(xué)頭、參考鏡和第二光學(xué)頭，所述第一光學(xué)頭用于掃描待測(cè)光學(xué)元件，所述參考鏡固定設(shè)置于所述第一光學(xué)頭的側(cè)壁上，所述第二光學(xué)頭向所述參考鏡投射參考光束，并檢測(cè)所述參考鏡反射的參考光束，所述第一光學(xué)頭與所述第二光學(xué)頭的精度等級(jí)不同。
2.如權(quán)利要求1所述的高精度長(zhǎng)程光學(xué)表面面形檢測(cè)儀，其特征在于，所述待測(cè)光學(xué)元件設(shè)置于一光學(xué)平臺(tái)上，所述第一光學(xué)頭設(shè)置于所述光學(xué)平臺(tái)上方，所述第二光學(xué)頭固定設(shè)置。
3.如權(quán)利要求2所述的高精度長(zhǎng)程光學(xué)表面面形檢測(cè)儀，其特征在于，所述待測(cè)光學(xué)元件水平設(shè)置，所述第一光學(xué)頭接近所述待測(cè)光學(xué)元件設(shè)置，且沿水平方向進(jìn)行掃描運(yùn)動(dòng)，所述參考鏡豎直設(shè)置。
4.如權(quán)利要求1-3任一所述的高精度長(zhǎng)程光學(xué)表面面形檢測(cè)儀，其特征在于，所述第一光學(xué)頭為細(xì)激光束的f-θ系統(tǒng)，包括激光器、耦合透鏡、光纖、準(zhǔn)直透鏡、位相板、分束器、平面反射鏡、傅里葉變換透鏡和面陣探測(cè)器，所述激光器依次通過(guò)耦合透鏡、光纖、準(zhǔn)直透鏡和位相板向所述分束器投射光束，所述分束器將所述光束一部分投射至所述平面反射鏡，然后再通過(guò)所述分束器的反射并通過(guò)所述傅里葉變換透鏡至所述面陣探測(cè)器，另一部分投射至所述待測(cè)光源元件，然后再通過(guò)所述分束器的反射并通過(guò)所述傅里葉變換透鏡至所述面陣探測(cè)器。
5.如權(quán)利要求4所述的高精度長(zhǎng)程光學(xué)表面面形檢測(cè)儀，其特征在于，所述平面反射鏡相對(duì)所述分束器投射的光束傾斜設(shè)置。
6.如權(quán)利要求1-3任一所述的高精度長(zhǎng)程光學(xué)表面面形檢測(cè)儀，其特征在于，所述第一光學(xué)頭為一自準(zhǔn)直儀。
7.如權(quán)利要求1-3任一所述的高精度長(zhǎng)程光學(xué)表面面形檢測(cè)儀，其特征在于，所述第二光學(xué)頭為一自準(zhǔn)直儀。
8.如權(quán)利要求1-3任一所述的高精度長(zhǎng)程光學(xué)表面面形檢測(cè)儀，其特征在于，所述第二光學(xué)頭為如權(quán)利要求4中所述的細(xì)激光束的Θ系統(tǒng)。
9.如權(quán)利要求1-3任一所述的高精度長(zhǎng)程光學(xué)表面面形檢測(cè)儀，其特征在于，所述參考鏡為平面反射鏡。
【文檔編號(hào)】G01B11/24GK104019762SQ201410253989
【公開(kāi)日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月10日
【發(fā)明者】李明, 楊福桂, 王秋實(shí), 盛偉繁, 劉鵬 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所