[发明专利]具有平行光束偏光元件的直线度干涉测量装置

说明书

本公开提供一种具有平行光束偏光元件的直线度干涉测量装置，包括：干涉仪主机系统，包括激光发射光学系统和探测接收单元，激光发射光学系统发射测量光束，探测接收单元解析干涉信号；双渥拉斯顿棱镜，测量光束经过双渥拉斯顿棱镜后分成两束正交偏振的光；双面直角屋脊反射镜，两束正交偏振的光经过双面直角屋脊反射镜反射后回到探测接收单元；以及平行光束偏光元件，发射的测量光束先经过平行光束偏光元件，再经过双渥拉斯顿棱镜后分成两束正交偏振的光。根据本公开，能够显著提高直线度干涉测量装置的测量精度并能够消除现有直线度干涉测量装置存在测量盲区的问题。

本申请是申请日为2020年12月25日，申请号为202011564821X、发明名称为一种对入射角不敏感的直线度干涉测量装置的专利申请的分案申请。

技术领域

本公开大体涉及直线度干涉测量装置，具体涉及一种具有平行光束偏光元件的直线度干涉测量装置。

背景技术

英国专利1409339提到了一种直线度干涉测量装置，采用单渥拉斯顿棱镜将沿光轴方向的激光束分成振动方向正交的两束激光。两束激光的光束指向关于主光轴近似对称，两束光传播到双面反射镜反射后原路返回，并在渥拉斯顿棱镜处重新汇聚成一束，并沿主光轴返回到系统。双面反射镜的角度与渥拉斯顿棱镜的分束角匹配设计。该系统存在较为明显的缺点，其一为光束原路返回，容易导致激光稳频失衡，引起激光稳定性降低；其二为由于干涉镜分束角度较小，而光斑存在一定尺寸，存在一定距离的测量盲区，需要将双面反射镜避开这段距离才能实现正常的测量功能；其三，单渥拉斯顿棱镜对入射角敏感，不同入射角的光束经过渥拉斯顿棱镜后的分束角有角度差别，会导致直线度测量的斜率误差较大，因为实际应用中，肉眼判断光束是否正入射难免会存在误差，尤其是将直线度干涉仪应用在垂直度测量的时候，干涉镜分别摆放在两个垂直轴上时的入射角不可避免会有差别，在这种情况下不同入射角度的斜率误差就会很明显体现在垂直度测量数据上，这就导致垂直度测量误差明显变大，甚至测量数据不可靠；其四，采用单渥拉斯顿棱镜的形式，由于分束角对入射角度敏感，会导致光束对准变得困难，往往只能在很小的入射角度范围内才能实现满信号测量。

英国雷尼绍的关于直线度干涉测量装置的一个专利中提出了另一个方案，采用Rochon棱镜实现正交光束的小角度分离，其中O光沿轴向传播，而e光偏离轴向小角度传播。通过屋脊反射镜将两束光平移一段距离后平行返回，并在Rochon棱镜处重新合成一束光，两束返回光形成干涉条纹，通过检测干涉条纹信息可以得到两束光的相对运动情况，从而得到导轨直线度信息。该方案所使用的分束器更容易制造，因此制造成本更低。另外，因为具有一个不变的光束，因此仅需控制一个偏离角度，这使得极大的减轻光束对准难度。但该方案也与上述方案具有相同的问题，即存在测量盲区以及对入射光束角度敏感的问题。该专利还提到了两种去除盲区的方案，均采用了反射镜的形式，尽管增大了两束光的剪切距离，解决了盲区测量问题，但这种结构的分束角跟反射镜的调节息息相关，对入射光束的角度更加敏感，同样会导致斜率测量的不稳定。影响在垂直度测量中的应用。

综上所述，现有技术存在以下缺陷：

1.现有直线度干涉测量装置对干涉镜入射角敏感的问题。现有的直线度镜组的干涉镜对入射角度较为敏感，入射角小范围变化就能导致干涉镜的分束角发生较大变化，导致不同入射角测得的直线度斜率相差较大，直线度测量重复性难以保证，尽管直线度测量时可以剔除斜率，但将其应用在垂直度测量的时候，斜率的差别将直接体现在垂直度测量误差上，导致垂直度测量误差增大，数据可靠性降低。

2.现有直线度干涉测量装置存在测量盲区的问题。由于直线度镜组的干涉镜分束角一般为1.5°以内，而输出激光的光斑一般大于5mm，在这么小的分束角下就不可避免会在激光分束的前一段光束是有大部分重叠的，两束光难以完全区分，在这一段距离的激光干涉信号较弱或信号丢失，测量误差较大或不能测量，因此该段距离也被定义为盲区。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种对入射角不敏感的直线度干涉测量装置。