斐索激光干涉仪标准镜头及斐索激光干涉仪

摘要

本发明公开了一种斐索激光干涉仪标准镜头以及斐索激光干涉仪。该斐索激光干涉仪标准镜头包括：光阑及同轴设置的标准镜头主体，所述标准镜头主体包括面向所述光阑的第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面，所述第一表面上设置有中心对称的衍射环。本发明提供的斐索激光干涉仪标准镜头以及斐索激光干涉仪具有结构简单，成本低的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及光学镜头设计领域，特别涉及一种斐索激光干涉仪标准镜头及斐索激光干涉仪。

背景技术

斐索激光干涉仪主要用于元件的表面面形测量，它具有非接触、无损伤、精确度高等突出优点，目前，已成为光学元件检测的首选方式。标准参考镜是菲索激光干涉仪的重要组成部分，它将斐索激光干涉仪输出的平面波转化为一个高精度的球面波，用于球面元件的表面面形测量。

光学元件表面面形测量原理如图1所示，斐索激光干涉仪标准镜头将干涉仪输出的平面波转变为球形波，同时将输出的激光分离为参考光束和测量光束两部分。标准镜头前端为光阑，用于限制通光孔径大小，中间部分用于产生需要的光焦度，并平衡标准镜头的像差；最后一个面称为参考面2，一般是一个消球差的球面。参考面2大约将4％的激光反射回干涉仪，形成参考波前。剩余的激光作为测量波前，照射至待测元件3。测量光线垂直穿过参考面2后，照射到待测元件3表面，经过元件3表面反射后，原路返回至参考面2，并再次垂直穿过参考面2，与参考波前共同被干涉仪内部探测器接收。由于测量波前携带了待测元件表面的面形信息，因此通过数据处理，可以得到元件的表面面形。标准镜头F数定义为标准镜头工作焦长除以入瞳口径。球面元件R数定义为球面半径除以通光孔径，半球形的元件其R数为0.5。利用斐索激光干涉仪测量元件表面面形时，只有标准镜头F数小于待测量元件R数，才能将待测量元件的通光口径测全。

图2给出一款传统F数1.5标准镜头光学结构设计，该结构包括孔径光阑4、像差平衡与光焦度组分5和参考面6三部分。F数1.5标准镜头，在不使用非球面或者二元光学技术的前提下，至少需要3到4片元件，才能满足技术要求。

发明内容

本发明旨在克服现有技术存在的缺陷，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供了一种斐索激光干涉仪标准镜头。所述斐索激光干涉仪标准镜头包括：光阑及同轴设置的标准镜头主体。所述标准镜头主体包括面向所述光阑的第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面，所述第一表面上设置有中心对称的衍射环。

在一些实施例中，所述衍射环为菲涅耳衍射环。

在一些实施例中，所述衍射环为不等间距的菲涅耳衍射环。

在一些实施例中，所述第一表面为平面或球面。

在一些实施例中，所述第二表面为凹面。

在一些实施例中，所述光阑为孔径光阑。

在一些实施例中，所述孔径光阑为一个做染黑处理的金属挡光片，所述金属挡光片的中心设置有通光孔。

在一些实施例中，所述衍射环通过刻蚀方法得到。

在一些实施例中，所述标准镜头主体的材料为熔石英光学玻璃。

另一方面，本发明还提供了一种斐索激光干涉仪，所述斐索激光干涉仪包括如前所述的斐索激光干涉仪标准镜头。

本发明的技术效果：本发明提供的斐索激光干涉仪标准镜头为一款基于二元光学技术制造的激光干涉仪标准镜头，结构简单，体积小。由于所述斐索激光干涉仪标准镜头只使用一片光学元件，不需要精密装调过程，这极大的降低了标准镜头的制作成本，具有良好的应用前景和经济效益。

附图说明

图1是光学元件表面面形测量原理图。

图2是现有技术中斐索激光干涉仪标准镜头的结构示意图。

图3为根据本发明一个实施例的斐索激光干涉仪标准镜头的结构示意图，其中第一表面为平面。

图4为根据本发明一个实施例的斐索激光干涉仪标准镜头的结构示意图，其中第一表面为球面。

图5为根据本发明一个实施例的斐索激光干涉仪标准镜头，第一表面刻蚀二元衍射环间距分布图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

参考图3和图4所示，是本发明提供的一种斐索激光干涉仪标准镜头100。所述斐索激光干涉仪标准镜头100包括：光阑10及同轴设置的标准镜头主体20。所述标准镜头主体20包括面向所述光阑10的第一表面201以及与所述第一表面201相对的第二表面202，所述第一表面201上设置有中心对称的衍射环。

在一些实施例中，所述衍射环为菲涅耳衍射环。在一些实施例中，所述衍射环为不等间距的菲涅耳衍射环。如图5所示为根据本发明一个实施例的斐索激光干涉仪标准镜头，第一表面刻蚀二元衍射环间距分布图，图中示出了第一表面的位相周期随径向尺寸的变化。

如图3所示的实施例中，所述第一表面201为平面。

如图4所示的实施例中，所述第一表面201为球面。

如图3和图4所示的实施例中，所述第二表面202为凹面。

在一些实施例中，所述光阑10为孔径光阑。

在一些实施例中，所述孔径光阑为一个做染黑处理的金属挡光片，所述金属挡光片的中心设置有通光孔。所述通光孔尺寸范围为25mm≤D≤106mm。

在一些实施例中，所述衍射环通过刻蚀方法得到。

在一些实施例中，所述标准镜头主体20的材料为熔石英光学玻璃。

另一方面，本发明还提供了一种斐索激光干涉仪，所述斐索激光干涉仪包括如前所述的斐索激光干涉仪标准镜头100。

以下结合附图3和附图4对本发明提供的斐索激光干涉仪标准镜头100和斐索激光干涉仪的工作原理作详细说明。

如图3和图4所示，是本发明的实施例的一种斐索激光干涉仪标准镜头100，该斐索激光干涉仪标准镜头包括光阑10和同轴设置的标准镜头主体20。其中，所述光阑10为孔径光阑。斐索激光干涉仪发出激光，通过孔径光阑10滤过口径过大的部份，经过第一表面201(即二元光学表面)，形成球面波，球面波垂直照射第二表面202(即参考面)，一部分光经由第二表面202反射，返回到斐索激光干涉仪；另一部分球面波通过第二表面202到达待测元件，经由待测元件反射，将带有待测元件表面面形信息的光返回斐索激光干涉仪。

孔径光阑10将斐索激光干涉仪射来的光束限制在规定的尺寸范围；其中孔径光阑10为一个作染黑处理的金属挡光片，其中心有通光孔。在本实施例中，所述通光孔为尺寸为4英寸的圆型孔径。所述标准镜头主体20的材料可选择透明光学材料，例如光学玻璃或塑料。本实施中所述标准镜头主体20的材料为熔石英光学玻璃。所述标准镜头主体20的第一表面201可为平面或者球面，可通过刻蚀方法，在所述第一表面201加工出不等间距的菲涅耳衍射环，称其为二元光学表面201。二元光学表面主要承担标准镜头所需的光焦度，并平衡光学系统像差，使光学系统的工作焦长满足F数要求，其焦长范围为200mm≤f≤1000mm。二元光学表面将产生一个理想的球面波，该球面波通过第二表面202，即参考面，提供参考波前，该参考面为凹面，其半径范围为100mm≤r≤500mm。

本发明的技术效果：本发明提供的斐索激光干涉仪标准镜头为一款基于二元光学技术制造的激光干涉仪标准镜头，本发明通过在标准镜头入射面上刻蚀不等间距的菲涅耳衍射环，将平面波转换成理想的球面波，所产生的球面波垂直通过标准镜头参考面，照射到待测量元件上，实现元件面形检测。由于所述斐索激光干涉仪标准镜头只使用一片光学元件，不需要精密装调过程，这极大的降低了标准镜头的制作成本，具有良好的应用前景和经济效益。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。