一种倾斜入射相移干涉仪和直角棱镜大面测量方法技术

本发明专利技术公开了一种倾斜入射相移干涉仪和直角棱镜大面测量方法。本干涉仪结构包括相移干涉仪主机、一体化载物工作台以及一对参考平晶。通过特定的入射角，本干涉仪在屏幕上所显示的干涉条纹，与常规正入射干涉仪的条纹完全一致，适合目视观察与快速判读。本干涉仪可以测量常规正入射干涉仪无法直接测量直角棱镜大面面形，无需对直角面进行涂覆。在直角棱镜加工中具有重要应用。

A method for measuring large area of inclined incidence phase-shifting interferometer and right angle prism

The invention discloses a tilted incidence phase-shifting interferometer and a method for measuring a large surface of a right angle prism. The interferometer structure includes a phase-shifting interferometer host, an integrated loading table and a pair of reference flat crystals. The interference fringes displayed by the interferometer on the screen are exactly the same as those of normal incidence interferometer through a specific incident angle, which is suitable for visual observation and rapid interpretation. The interferometer can be used to measure the large face shape of the right angle prism without coating. It has an important application in the processing of right angle prism.

【技术实现步骤摘要】
一种倾斜入射相移干涉仪和直角棱镜大面测量方法
本专利技术涉及光学与金属表面面形精密测量领域，特别是一种倾斜入射相移干涉仪和直角棱镜大面测量方法。
技术介绍
随着光学冷加工技术的发展，配套的面形测量也越来越依赖相移干涉仪为主的数字波面自动测量。棱镜是除了透镜外的量最大的光学冷加工产品，其广泛应用于各种光学系统中。目前微棱镜又异军突起，逐渐用于手机摄像系统作为转向器件如图1所示，微棱镜批量大和质量要求高，已经使得光学冷加工企业感受到极大的压力。作为一个平面光学元件，直角棱镜各个面的面形精度是最主要的指标，其中直角面可以使用传统的干涉仪进行检验，而大面受到全内反射光的干扰，目前只能采用样板接触式测量方法，不仅耗费大量人工而且造成表面光洁度下降。如图2所示，表述了这种干扰形成的原因：直角棱镜的两个直角面将光线进行两次全内反射，其反射光强(～90％)远大于被测大面的反射光强(～4％)，而且两者平行无法分开。在早期直角棱镜加工精度要求较低的时候，有企业采用干涉仪目视观察的方法测量较大直角棱镜的大面，其原理是直角棱镜的角度误差较大，全内反射光线与大面垂直反射光线有一个误差角度如图3所示，因此通过不断遮挡试探的方法可以看到一部分大面干涉条纹。这种方法需要有经验的检验人员通过零散的条纹来进行估读，效率低、准确度差，在大批量生产手机微棱镜时无法应用。而在直角棱镜加工精度提升到一定程度后，遮挡试探可观察到的区域将越来越小直到完全重合，此时常规的干涉仪就无法看到大面面形了，更不可能进行相移干涉等数字化测量。相移干涉仪的倾斜入射测量，一般用来测量超出干涉仪口径的长条形被测件，在斜入射测试中，干涉仪的准直光经过研磨面平尺待测表面的两次反射，因此研磨面平尺的测试结果WL(x，y)并非是相移干涉仪直接获得波前W0(x，y)，而是需要通过一个如入射光角度θ相关的比例系数进行换算：对于一般的测试来说，入射角的准确测量十分的麻烦，而且在目视观察的时候对于测量者也不友善，因为屏幕显示干涉图的光圈与实际光圈不一致，同样也要进行换算。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的在于提供一种可以避免直角棱镜全内反射干扰进行大面直角棱镜测量的方法与倾斜入射相移干涉仪。技术方案：一种倾斜入射相移干涉仪，包括干涉仪、透射平晶、反射平晶、直角棱镜测试载物台；所述透射平晶垂直于干涉仪出射波前；直角棱镜放置于直角棱镜测试载物台上，所述直角棱镜可相对于直角棱镜测试载物台旋转；透射平晶与反射平晶分立于直角棱镜两侧；其中干涉仪出射波前垂直通过透射平晶，倾斜入射到直角棱镜大面上，然后波前被反射到反射平晶；反射平晶垂直反射波前并使反射波前沿原光路返回，并与透射平晶的反射波前形成干涉条纹而被干涉仪接收。具体的，干涉仪出射波前的倾斜入射测量，采用固定结构设计的60°大面入射角度，可以使公式1中的比例系数这保证了相移干涉结果可以直接使用，而且在软件界面上采用干涉图像垂直二倍压缩显示，可以使得所显示的目视被测件形状和干涉图也与正入射情况下的完全一样，保持测量人员的观察习惯不变。另外本专利技术采用的干涉腔一体化结构，也保证了可以在使用前对入射角度及比例系数的精确测量与校正。故干涉仪与直角棱镜大面夹角为60°。具体的，直角棱镜测试载物台包括一个固定的二维调整架，所述二维调整架上开孔；所述直角棱镜测试载物台还包括长方孔连接件，所述长方孔连接件连接于二维调整架开孔内，并可旋转；所述直角棱镜配套治具固定于所述长方孔连接件内，并使得直角棱镜大面对准光路。具体的，干涉仪、透射平晶、反射平晶、直角棱镜测试载物台均固定于一体化底板上；所述二维调整架大平面、透射平晶、反射平晶垂直于一体化底板；所述干涉仪出射波前与一体化底板平行。具体的，透射平晶、反射平晶对称的设置于所述直角棱镜两侧。本专利技术还公开了一种使用上述倾斜入射相移干涉仪的直角棱镜大面测量方法，包括如下步骤：1)将干涉仪切换到对点模式，首先可以看到透射平晶的反射光点位于十字分划板的中心；2)将被测直角棱镜放到直角棱镜测试载物台配套治具上，干涉仪出射波前倾斜射入直角棱镜的大面，在监视屏幕上可以看到直角棱镜的反射光点簇；微旋转长方孔连接件外框，有一对光点簇对称向外移动、有一组独立光点簇不动；3)调整二维调整架，将原来不动的独立光点簇调整到十字分划之间，使其中心光点与反射平晶反射光点重合；4)微旋转配套治具外框，使对称光点簇离开中心，到达视场边缘；5)将干涉仪切换到测试状态，调整二维调整架的倾斜，使得干涉条纹数目符合相移测量要求；6)进行目视条纹判读或相移干涉测量。具体的，步骤2)干涉仪出射波前以60°角倾斜射入直角棱镜的大面。本专利技术直角棱镜大面测量方法原理为：对干涉仪出射波前以60°角倾斜入射到被测直角棱镜内部的光线实行3D偏折，首先是干涉仪出射的准直光以60°斜入射到棱镜大面上，通过一个高反射率的参考反射镜(即反射平晶)将光原路返回，进而与标准透射平晶的反射光实现双光束干涉；其次是将直角棱镜棱线与入射光平面偏折一个小角度，使得直角棱镜的全内反射光偏离入射平面，与大面反射光分离。在这个过程中，涉及直角棱镜全内反射的光线簇，绝大部分能量将被分离出入射平面，最后被干涉仪内部小孔光拦遮挡，而不会进入CCD形成干扰光。上述涉及的直角棱镜内部光线3D偏折，其原理为：对干涉仪入射到被测直角棱镜后的干扰光线簇，在倾斜入射和棱线偏折后，其绝大部分能量都被偏折到了入射面之外，而不再进入干涉仪的图像采集系统中。如图4(反射面定义)和图5所示，直角棱镜的直角反射面为A和B，直角棱镜大面为C(外反射面)和D(内反射面)，参考反射镜面为R。那么有效光线簇(与大面反射光强在一个数量级或以上，有可能干扰到测量干涉图的光线)如表1所示。表1光线簇的构成注：表内只列出了单方向传输过程中的所产生的光线簇，而实际上回到干涉仪时需要来回各一次，因此光线簇复杂程度加倍。当被测直角棱镜的棱线相对入射平面旋转的角度超出干涉仪视场角的时候，大面对于光线的反射方向不变，例如光束1；而涉及直角面的一次反射光全部会偏离出入射平面，例如光束2、3；即使被反射镜RF反射再次回到干涉仪中时，也会被内部小孔光阑挡住。对于第二次从直角棱镜内部出射的光线，由于其通过大面内表面(D)反射过一次，因此其出射方向与直角误差和棱线旋转无关，将成为背景干扰光的来源。但有下述几个原因使得二次反射光成为“可以被忍受”的干扰光：1)直角棱镜的棱差，将造成正行干扰光(CR-BA-D-AB)和逆行干扰光(AB-D-BA-RC)，与大面反射光的对称分离如图6所示。其与大面反射光(CRC)的夹角为φ2＝asin(n·sin(φ1+4α))(2)式中，φ1为入射角、φ2为出射角、n为棱镜材料折射率、α为棱差。当入射角为60°时、出射角误差与棱差的关系如图7所示。可见折射率越高，出射角误差越明显。可以计算得到，在棱差大于1′时，出射光就可以偏移出干涉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种倾斜入射相移干涉仪，其特征在于，包括干涉仪(1)、透射平晶(2)、反射平晶(3)、直角棱镜测试载物台(4)；所述透射平晶(2)垂直于干涉仪出射波前；直角棱镜(5)放置于直角棱镜测试载物台(4)上，所述直角棱镜可相对于直角棱镜测试载物台(4)旋转；所述透射平晶(2)与反射平晶(3)分立于直角棱镜(5)两侧；其中干涉仪(1)出射波前垂直通过透射平晶(2)，倾斜入射到直角棱镜(5)大面上，然后波前被反射到反射平晶(3)；反射平晶(3)垂直反射波前并使反射波前沿原光路返回，并与透射平晶(2)的反射波前形成干涉条纹而被干涉仪(1)接收。/n

【技术特征摘要】
1.一种倾斜入射相移干涉仪，其特征在于，包括干涉仪(1)、透射平晶(2)、反射平晶(3)、直角棱镜测试载物台(4)；所述透射平晶(2)垂直于干涉仪出射波前；直角棱镜(5)放置于直角棱镜测试载物台(4)上，所述直角棱镜可相对于直角棱镜测试载物台(4)旋转；所述透射平晶(2)与反射平晶(3)分立于直角棱镜(5)两侧；其中干涉仪(1)出射波前垂直通过透射平晶(2)，倾斜入射到直角棱镜(5)大面上，然后波前被反射到反射平晶(3)；反射平晶(3)垂直反射波前并使反射波前沿原光路返回，并与透射平晶(2)的反射波前形成干涉条纹而被干涉仪(1)接收。


2.根据权利要求1所述的倾斜入射相移干涉仪，其特征在于，所述干涉仪(1)与直角棱镜(5)大面夹角为60°。


3.根据权利要求1所述的倾斜入射相移干涉仪，其特征在于，所述直角棱镜测试载物台(4)包括一个固定的二维调整架(41)，所述二维调整架(41)上开孔；所述直角棱镜测试载物台(4)还包括长方孔连接件(42)，所述长方孔连接件(42)连接于二维调整架(41)开孔内，并可旋转；所述直角棱镜(5)配套治具(7)固定于所述长方孔连接件(42)内，并使得直角棱镜(5)大面对准光路。


4.根据权利要求3所述的倾斜入射相移干涉仪，其特征在于，所述干涉仪(1)、透射平晶(1)、反射平晶(3)、直角棱镜测试载物台(4)均固定于一体化底板(6)...

【专利技术属性】
技术研发人员：王子瀚，
申请(专利权)人：南京英特飞光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32