环形光源生成装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种环形光源生成装置，包括：沿着光轴方向从激光器到被测物之间依次排布的扩束模块、第三透镜以及双远心镜头，其中，扩束模块用于将激光的直径放大并形成平行光，第三透镜为环形透镜，由截面透镜绕光轴旋转360°形成，该截面透镜为凸面朝向激光器的平凸透镜，用于将平行光转换生成第一环形光，双远心镜头用于将第一环形光转换生成作为环形光源的第二环形光，具有沿着光轴方向从第三透镜到被测物之间依次排布的物侧镜组、孔径光阑以及像侧镜组，孔径光阑靠近像侧镜组，物侧镜组的后焦点位于孔径光阑的中心处，像侧镜组的前焦点位于孔径光阑的中心处。

【技术实现步骤摘要】
环形光源生成装置
本专利技术属于激光干涉仪领域，具体涉及一种能够将激光生成环形光的环形光源生成装置。
技术介绍
使用激光干涉仪检测光学元件面形时，由于干涉仪内部光学系统和被测元件表面疵病及缺陷容易引起杂散光并相干叠加，会在干涉图中会产生许多牛顿环或靶心等相干噪声，这些相干噪声会在一定程度上改变干涉图的空间结构,导致干涉图像质量下降，影响测量结果和精度。目前，可以通过环形光源来抑制相干噪声。环形光源分为虚拟环形光源和实环形光源。虚拟环形光源是以离轴点光源绕光轴进行旋转而形成的，这种虚拟环形光源需要精确控制点光源绕光轴旋转非常困难，同时安装精度要求也非常高，在实际操作中很难保证其安装精度。实环形光源是平面波通过计算全息光学元件(HOE)得到锥体波，根据ZYGO专利[US6643024B2]，其产生环形光源结构较为复杂，因此，加工难度大，精度要求高，生产成本也高。
技术实现思路
为解决上述问题，提供一种加工难度低的环形光源生成装置，本专利技术采用了如下技术方案：本专利技术提供了一种环形光源生成装置，用于将激光干涉仪中激光器发射的激光转换生成可以抑制相干噪声的环形光源，经过所述激光干涉仪的准直镜头后照射到被测物上，其特征在于，包括：沿着光轴方向从激光器到被测物之间依次排布的扩束模块、第三透镜以及双远心镜头，其中，扩束模块用于将所述激光的直径放大并形成平行光，所述第三透镜为环形透镜，由截面透镜绕所述光轴旋转360°形成，该截面透镜为凸面朝向所述激光器的平凸透镜，用于将所述平行光转换生成第一环形光，双远心镜头用于将所述第一环形光转换生成作为所述环形光源的第二环形光，具有沿着光轴方向从第三透镜到被测物之间依次排布的物侧镜组、孔径光阑以及像侧镜组，孔径光阑靠近像侧镜组，物侧镜组的后焦点位于孔径光阑的中心处，像侧镜组的前焦点位于孔径光阑的中心处。本专利技术提供的环形光源生成装置，还可以具有这样的特征，其中，截面透镜为非球面透镜，其像方数值孔径为0.012，焦距为167mm。本专利技术提供的环形光源生成装置，还可以具有这样的特征，其中，环形透镜的厚度为2mm，不透明部分的直径为2mm，透明部分的外径为10mm，截面透镜的直径为4mm。本专利技术提供的环形光源生成装置，还可以具有这样的特征，其中，物侧镜组具有沿着光轴方向从第三透镜到孔径光阑之间依次排布的第四透镜、第五透镜以及第六透镜，像侧镜组具有沿着光轴方向从孔径光阑到被测物之间依次排布的第七透镜、第八透镜以及第九透镜，第四透镜为双凹透镜，第五透镜为凸面朝向被测物的平凸透镜，第六透镜、第八透镜和第九透镜为双凸透镜，第七透镜为双凹透镜，。本专利技术提供的环形光源生成装置，还可以具有这样的特征，其中，第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜以及第九透镜均采用牌号为K9的光学玻璃。本专利技术提供的环形光源生成装置，还可以具有这样的特征，其中，双远心镜头的放大率为-0.13，像方数值孔径为0.095，物方数值孔径为0.012，物高为3mm。本专利技术提供的环形光源生成装置，还可以具有这样的特征，其中，所述扩束模块具有靠近所述激光器的第一透镜和远离所述激光器的第二透镜，所述第一透镜为负透镜，所述第二透镜为正透镜。本专利技术提供的环形光源生成装置，还可以具有这样的特征，其中，扩束模块的放大倍率为5倍，平行光的直径为10mm。专利技术作用与效果根据本专利技术的环形光源生成装置，由扩束模块将激光器发射的激光的直径扩大生成平行光，再由环形透镜将平行光变为第一环形光，最后经过双远心经镜头将第一环形光变为直径满足激光干涉仪检测需求的满足第二环形光，该第二环形光即为环形光源生成装置最终生成的环形光源。这种环形光源生成装置中，环形透镜的尺寸可以设置的较大，从而较低加工精度要求，同时降低加工难度，便于生产加工，而且环形透镜在安装上比虚拟环形光源的精度要求低，更容易被安装到位。另外双远心镜头不仅起到了匀光作用，同时使新的环形光源上每个点发出的光仍与光轴平行，消除了待测物的偏离或探测器的离焦对测量精度的影响。附图说明图1是本专利技术实施例中环形光源生成装置的结构示意图；图2是本专利技术实施例中扩束模块的波前图；图3是本专利技术实施例中环形透镜的结构示意图；图4是本专利技术实施例中截面透镜的点列图；图5是本专利技术实施例中双远心镜头的结构示意图；图6是本专利技术实施例中双远心镜头的传递函数图；图7是本专利技术实施例中双远心镜头的边缘视场点列图；图8是本专利技术实施例中环形光源生成装置生成的环形光源图。具体实施方式以下结合附图以及实施例来说明本专利技术的具体实施方式。<实施例>图1是本专利技术实施例中环形光源生成装置的结构示意图。如图1所示，激光干涉仪中具有依次排布的激光器100、环形光源生成装置200、准直透镜(图中未示出)以及被测物300。本实施例中，激光干涉仪为菲索干涉仪，其作为光源的激光器100的工作波长λ为0.6328μm，光源光束直径为2mm，干涉腔长d为100mm，准直镜头口径为150mm，F数为6。准直镜头的物方数值孔径为0.083，焦距f为900mm。当满足瑞利极限时，环形光源的环半径y需满足计算可得此时y≤1.13mm。本实施例中，为了对相干噪声的抑制就能达到非常理想的效果，将环形光源的环半径y设定为0.4mm。为了使干涉条纹尽可能的清晰，设定条纹可见度的值大于等于0.9，即γ≥0.9，此时环形光源的厚度t应满足t≤0.51mm。即，本实施例提供的环形光源生成装置200生成的环形光源的环半径y＝0.4mm，厚度t≤0.51mm。本实施例提供的环形光源生成装置200包括沿光轴Z从激光器到被测物之间依次排布的扩束模块21、第三透镜L3以及双远心镜头23。扩束模块21的放大倍率为5倍，具有靠近激光器的第一透镜L1和远离激光器的第二透镜L2。第一透镜L1为双凹透镜，第二透镜L2为凸面朝向被测物的平凸透镜。直径为2mm激光经过扩束模块21后形成平行光，该平行光的直径为10mm。根据菲索干涉仪系统的技术指标每个部分的光学质量需要满足PV≤λ/4，RMS≤λ/10的要求，由于菲索干涉仪中光源的波长恒定，因此本实施例中，仅采用一正一负两片透镜(即第一透镜L1和第二透镜L2)即可。图2是本专利技术实施例中扩束模块的波前图。如图2所示，扩束模块的波前PV＝0.1169λ，RMS＝0.0274λ。在其他实施例中，可以根据实际情况，若需要更大倍率的扩束模块，则可以考虑设置二级扩束模块。第三透镜L3为环形透镜。图3是本专利技术实施例中环形透镜的结构示意图。如图3所示，第三透镜L3由截面透镜绕光轴Z旋转360°形成，该截面透镜为凸面朝向激光器的平凸透镜，其像方数值孔径为0.012，焦距为167mm。环形透镜的厚度w＝0.2mm，具有透明部分22a和不透明部分22b。其中，透明部分22a即截面透镜绕光轴Z旋转360°形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环形光源生成装置，用于将激光干涉仪中激光器发射的激光转换生成可以抑制相干噪声的环形光源，经过所述激光干涉仪的准直镜头后照射到被测物上，其特征在于，包括：/n沿着光轴方向从所述激光器到所述被测物之间依次排布的扩束模块、第三透镜以及双远心镜头，/n其中，所述扩束模块用于将所述激光的直径放大并形成平行光，/n所述第三透镜为环形透镜，由截面透镜绕所述光轴旋转360°形成，该截面透镜为凸面朝向所述激光器的平凸透镜，用于将所述平行光转换生成第一环形光，/n所述双远心镜头用于将所述第一环形光转换生成作为所述环形光源的第二环形光，具有沿着所述光轴方向从所述第三透镜到所述被测物之间依次排布的物侧镜组、孔径光阑以及像侧镜组，所述孔径光阑靠近所述像侧镜组，/n所述物侧镜组的后焦点位于所述孔径光阑的中心处，所述像侧镜组的前焦点位于所述孔径光阑的中心处。/n

【技术特征摘要】
1.一种环形光源生成装置，用于将激光干涉仪中激光器发射的激光转换生成可以抑制相干噪声的环形光源，经过所述激光干涉仪的准直镜头后照射到被测物上，其特征在于，包括：
沿着光轴方向从所述激光器到所述被测物之间依次排布的扩束模块、第三透镜以及双远心镜头，
其中，所述扩束模块用于将所述激光的直径放大并形成平行光，
所述第三透镜为环形透镜，由截面透镜绕所述光轴旋转360°形成，该截面透镜为凸面朝向所述激光器的平凸透镜，用于将所述平行光转换生成第一环形光，
所述双远心镜头用于将所述第一环形光转换生成作为所述环形光源的第二环形光，具有沿着所述光轴方向从所述第三透镜到所述被测物之间依次排布的物侧镜组、孔径光阑以及像侧镜组，所述孔径光阑靠近所述像侧镜组，
所述物侧镜组的后焦点位于所述孔径光阑的中心处，所述像侧镜组的前焦点位于所述孔径光阑的中心处。


2.根据权利要求1所述的环形光源生成装置，其特征在于：
其中，所述截面透镜为非球面透镜，其像方数值孔径为0.012，焦距为167mm。


3.根据权利要求1所述的环形光源生成装置，其特征在于：
其中，所述环形透镜的厚度为2mm，所述不透明部分的直径为2mm，所述透明部分的外径为10mm，所述截面透镜的直径为4mm。


4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩森，张齐元，陈秋白，王全召，
申请(专利权)人：苏州慧利仪器有限责任公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32