[发明专利]锥形镜锥角测量装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学检测领域，特别是一种锥形镜锥角测量装置及测量方法。

技术背景

锥形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以实现环形照明模式。对锥形镜锥角的高精度、大范围检测一直以来备受关注。

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 Eng.39:155-163(2003).)利用两束光剪切干涉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，根据其干涉条纹求出两束光相位差后计算其锥角，计算过程较复杂。

在先技术[2](Jun Ma,Christof Pruss,Matthias,et al.“Systematic analysis of the measurement of cone angles using high line density computer-generated holograms”,Optical Engineering.50(5):05580-1-05880-9(2011).)使用Twyman-Green干涉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。

在先技术[3](王莹，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楔和待测锥形镜的插口。通过对比光楔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楔的楔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楔，不能实现实时测量。

发明内容

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。

本发明的技术解决方案如下：

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轭，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。

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，该方法包括以下步骤：

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心位置，记录所述的第二调整机构的角位移台的角度读数β₁；

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；

③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心位置；

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心位置，记录第二调整机构的角位移台的角度读数β₂，按下列公式计算得到所述的待测锥形镜的锥角θ：