[发明专利]一种三平面绝对测量光学面形的检测装置及方法

摘要

本发明是一种三平面绝对测量光学面形的检测装置及方法，激光器发射的光经过空间滤波器、分光镜、准直光学组件、第一夹持架上平面后产生参考光，第一夹持架上的平面和第二夹持架上的平面产生干涉，干涉光经光路返回后经过分光镜再由聚光镜组收集到CCD探测器接收。移相器用来产生移相。转台用来控制第二夹持架上的平面旋转。通过计算机控制插入转像组件可以用来产生第一夹持架上的平面和第二夹持架上的平面不同维度方向的检测结果，再通过第二夹持架上的平面的旋转来解出平面的绝对面形，在原有的三平面测量的奇偶函数法的基础上，解决了奇奇函数求取的问题，同时减少了求取高频分量所需的测量次数。

主权项

一种三平面绝对测量的检测方法，其特征在于：所述检测方法是面形的绝对测量法，使用由激光器、空间滤波器、分光镜、第一准直光学组件，第二准直光学组件、第一夹持架、移相器、转像组件、第二夹持架、转台、聚光镜、CCD探测器、计算机组成的检测装置，对三个待测平面镜需要测量的待测平面分别设定为第一平面、第二平面和第三平面；采用三平面互检的方式，把三个平面的面形误差同时测量出来，把斐索干涉仪参考面位置的面形误差同时测量出来，用于提高测量精度；利用步骤S1至步骤S4为第一待测平面镜和第二待测平面镜互检；利用步骤S5是第一待测平面镜和第三待测平面镜互检，利用步骤S6是第二待测平面镜和第三待测平面镜互检；具体检测步骤如下：步骤S1：第一待测平镜面放在第一夹持架上，第二待测平面镜放在第二夹持架上，第二平面对着第一平面；在第一平面和第二平面上标记此时，第一平面和第二平面x，y轴方向的位置信息，激光器发射的光经过空间滤波器滤波后的照明光，照明光透射过分光镜并照射到两个准直光学组件，两个准直光学组件对照明光束进行准直，准直光束照射到第一平面上反射形成参考光，准直光束透射过第一平面并照射到第二平面上反射形成测试光，参考光和测试光发生干涉形成干涉条纹，干涉条纹经过聚光镜会聚到CCD探测器上形成干涉图案，CCD探测器记录后经由计算机存储并处理，通过移相器进行移相后记录不同的干涉图，干涉图经计算机做数据处理后解出光程差信息为：M1＝Ax+B其中Ax表示第一平面沿y轴方向、x轴反转后的面形信息；B表示第二平面的面形信息；第一平面和第二平面为坐标x，y的函数为A＝A(x，y)、B＝B(x，y)；M1表示第一次干涉测量的第一平面和第二平面的光程差；设定第二平面的x轴方向为正方向，设定第二平面的y轴方向为正方向，第一平面面对第二平面放置时，第一平面相当于沿y轴方向、x轴反转为Ax＝A(‑x，y)；步骤S2：接着用计算机控制转台将第二平面从步骤S1在第二夹持 架上所在的位置顺时针旋转180度，第一平面位置保持不变，这时测量第一平面和第二平面的光程差；M2＝Ax+B180°，式中B180°表示第二平面顺时针旋转180°后的面形信息，Ax表示第一平面沿y轴方向，x轴反转后的面形信息；M2表示第二平面旋转180度以后与第一平面发生干涉后的光程差；此时设定与步骤S1具有相同的第二平面的x轴方向为正方向和第二平面的y轴方向为正方向，所以第一平面相当于沿y轴方向x轴的反转表示为Ax＝A(‑x，y)；步骤S3：将第二平面从步骤S2的位置逆时针旋转180°至步骤S1时的位置；第一平面位置保持不变；用计算机控制转像组件插入到第一夹持架和第二夹持架之间；第二平面的x轴垂直于转像组件的光轴截面，y轴平行于转像组件的光轴截面；测量第一平面和第二平面的光程差；激光器发射的光经过空间滤波器，经过滤波后的照明光经过一个分光镜，照明光透射过分光镜照射到两个准直光学组件，两个准直光学组件对照明光束进行准直，准直后的光束照射到第一平面上反射形成参考光，准直后的光束透射过第一平面和转像组件照射到第二平面上反射形成测试光，参考光和测试光发生干涉形成干涉条纹，干涉条纹经过聚光镜会聚到CCD探测器上形成干涉图案，CCD探测器记录后经由计算机存储并处理，通过移相器进行移相后记录不同的干涉图，干涉图经计算机数据处理后解出光程差信息为：M3＝Ax+Bx式中Bx表示第二平面沿y轴方向，x轴反转后的面形信息，Ax表示第一平面沿y轴方向，x轴反转后的面形信息；M3表示第二平面沿y轴方向、x轴反转后与第一平面发生干涉后的光程差；此时设定与步骤S1具有相同的第二平面x轴的方向为正方向和第二平面的y轴方向为正方向，所以第一平面相当于沿y轴方向、x轴的反转表示为Ax＝A(‑x，y)；转像组件利用镜像原理使光线出射面的像的光轴相对于光线入射面的物的光轴旋转，用于生成第一平面的x轴方向和第二平面的x轴方向一致时干涉测量结果；步骤S4：第一平面位置保持不变；用计算机控制转像组件旋转；使 第二平面的y轴垂直于转像组件的光轴截面，x轴平行于转像组件的光轴截面；测量第一平面和第二平面的光程差；M4＝Ax+By式中By表示第二平面沿x轴方向，y轴反转后的面形信息，Ax表示第一平面沿y轴方向，x轴反转后的面形信息；M4表示第二平面沿x轴方向、y轴反转后与第一平面发生干涉后的光程差；此时设定与步骤S1具有相同的第二平面x轴方向为正方向和第二平面的y轴方向为正方向，所以第一平面相当于沿y轴方向x轴的反转表示为Ax＝A(‑x，y)；转像组件利用镜像原理使光线出射面的像的光轴相对于光线入射面的物的光轴旋转，用于生成第二平面y轴与第一平面的y轴方向一致干涉测量结果；步骤S5：用计算机控制转像组件从第一夹持架和第二夹持架之间移出；将第二待测平面镜从第二夹持架上取下，将第三待测平面镜放置在第二夹持架位置，使第一平面对着第三平面；测量第一平面和第三平面的光程差；M5＝Ax+C其中Ax表示第一平面沿y轴方向，x轴反转后的面形信息，C表示第三平面的面形信息；第一平面和第三平面为坐标x，y的函数为A＝A(x，y)，C＝C(x，y)；M5表示干涉仪测量的第一平面和第三平面的光程差；此时设定第三平面x轴的方向为正方向、设定第三平面y轴的方向为正方向，所以第一平面相当于沿y轴方向x轴的反转表示为Ax＝A(‑x，y)；步骤S6：将第一待测平面镜从第一夹持架上取下，将第二待测平面镜放置在第一夹持架；使第二平面对着第三平面；测量第二平面和第三平面的光程差；M6＝Bx+C其中By表示第二平面沿x轴方向，y轴反转后的面形信息，C表示第三平面的面形信息；第二平面和第三平面为坐标x，y的函数，B＝B(x，y)，C＝C(x，y)；M6表示干涉仪测量的第二平面和第三平面的光程差；此时设定与步骤S5具有相同的第三平面x轴的方向为正方向、第三平面y轴的方向为正方向，所以第二平面相当于沿y轴方向x轴的反转表示为 Bx＝B(‑x，y)；步骤S7：根据记录的光程差信息M1，M2，M3，M4，M5，M6使用计算机解出第一平面、第二平面、第三平面面形信息。