CN104764593A - 卧式双端口平面斐索干涉测试装置 - Google Patents

Abstract

一种用于检测平面光学元件的卧式双端口斐索干涉测试装置，由大测试端口和小测试端口两部分组成，分为大测试端口模块、小测试端口模块、测试对准模块、激光光源模块和变焦成像模块五个模块。该干涉测试装置可实现φ24mm～600mm口径范围的所有口径平面光学元件反射面形、透射面形、光材料折射率均匀性等参数干涉测试分析。

Description

卧式双端口平面斐索干涉测试装置

技术领域

本发明涉及斐索平面干涉测试装置，特别是一种卧式双端口斐索平面干涉测试装置，可用于测试φ600mm口径以下平面光学元件反射面形、透射面形、光材料折射率均匀性等参数干涉测试分析装置。

背景技术

干涉检测装置在光学元件反射面形检测、透射面形检测、光学材料质量分析以及光学系统评价等领域均有广泛应用。随着精密光学元件加工工艺技术的迅速发展，采用干涉检测装置代替传统的对样板、看刀口等检测方法成为未来光学元件面形检测的必然发展趋势。尤其是随着大口径光学领域的发展对大口径干涉仪检测装置提出了必然的需求。因此，近年来对于大口径高精度面形干涉检测的研究与工程化正成为光学检测领域的重点课题之一。

采用干涉检测装置进行光学检测具有非接触、可分析、操作便捷等特点，但是由于光学元件的种类、大小等千差万别，干涉检测装置不可能通用于所有光学元件的检测。而对于平面光学元件的面形等参数的检测分析主要受到干涉测试口径的限制，国内外从上世纪80年代开就开展的φ150mm口径以下的干涉检测研究，也形成了以下几种固定口径如φ30mm、φ60mm、φ100mm、φ150mm等干涉测试装置。但是对于再大口径的相关研究一直到2000年前后才出现φ300mm口径干涉检测装置，而且该类测试装置还受限于标准参考镜的面形精度。对于φ600mm口径的大口径干涉仪检测装置国内至今相关研究报道很少，国外目前也只有美国具有相关研究报道，但关键技术尤其是系统集成技术和标准参考镜面形精度保障技术还在研究中。在追求φ600mm大口径干涉测试达到高精度、高分辨率的同时并兼顾小口径测试的相关报道更少。因此这相关方面的研究成为了研究大口径平面光学元件测试的主要难点之一，相关进展在国内外也都尚在进行中，而采用双端口模块化结构实现φ24mm～φ600mm口径平面元件高精度、高分辨率干涉测试则少有相关报道。

发明内容

本发明的目的是，提供一种用于检测平面光学元件的卧式双端口斐索干涉测试装置。该干涉测试装置可以为测试平面光学元件反射面形、透射面形、光材料折射率均匀性等参数提供必须的测试分析装置。该干涉测试装置通过变焦成像模块的5倍连续变倍成像功能，可实现φ24mm～600mm口径范围所有口径光学元件的面形检测以及材料质量分析。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种卧式双端口平面斐索干涉测试装置，特点在于其构成包括激光光源模块、大测试端口模块、小测试端口模块、变焦成像模块和测试对准模块：

所述的激光光源模块包括632.8nm的标准激光光源和凸透聚焦物镜组，沿激光光源输出光束方向依次是凸透聚焦物镜组和第一45°分光反射镜；

所述的小测试端口模块由沿光束前进方向依次的第一45°分光反射镜、第二45°分光反射镜、45°切换反射镜、φ120mm口径凸透准直物镜组、φ120mm口径透射标准平面镜和φ120mm口径反射标准平面镜构成，所述的第一45°分光反射镜、第二45°分光反射镜和45°切换反射镜与光路的夹角为45°，所述的φ120mm凸透镜准直物镜组的数值孔径与所述的凸透镜聚焦物镜组的数值孔径相等，且φ120mm凸透准直物镜组的焦点与所述的凸透聚焦物镜组对所述的标准激光光源输出平行光聚焦焦点重合，所述的φ120mm口径透射标准平面镜在光束前进方向上第一面为楔角面，第二面为标准平面参考面，且面形精度PV值优于30nm，该标准平面参考面垂直于φ120mm凸透准直物镜组的光轴，所述的φ120mm口径反射标准平面镜在光前进方向上的第一面为反射标准参考面，且面形精度PV值优于30nm，该φ120mm口径反射标准平面镜垂直于φ120mm口径凸透准直物镜组的光轴，与φ120mm口径透射标准平面镜参考面形成标准干涉测试腔，被测试光学元件置于φ120mm口径透射标准平面镜的标准平面参考面与φ120mm口径标准反射平面镜的反射参考面之间，实现干涉测试；

所述的大测试端口模块由沿光路依次的第一45°分光反射镜、第二45°分光反射镜、45°转折反射镜、φ600mm口径凸透准直物镜组、φ600mm口径透射标准平面镜和φ600mm口径反射标准平面镜构成，第一45°分光反射镜、第二45°分光反射镜和45°转折反射镜与光路的夹角为45°，所述的φ600mm凸透准直物镜组的数值孔径与所述的凸透聚焦物镜组的数值孔径相等，且φ600mm凸透准直物镜组的焦点与所述的凸透聚焦物镜组的焦点重合，所述的φ600mm口径透射标准平面镜在光前进方向上第一面为楔角面，第二面为标准平面参考面，且面形精度PV值优于63nm，该标准平面参考面垂直于φ600mm口径凸透准直物镜组的光轴，所述的φ600mm口径反射标准平面镜在光前进方向上的第一面为反射标准参考面，且面形精度PV值优于63nm，所述的φ600mm口径反射标准平面镜的反射标准参考面垂直于φ600mm口径凸透准直物镜组的光轴，与φ600mm口径透射标准平面镜的标准平面参考面形成标准干涉测试腔，被测试的大口径光学元件置于φ600mm口径透射标准平面镜的标准平面参考面与φ600mm口径反射标准平面镜的反射标准参考面之间，实现干涉测试；

所述的小测试端口和大测试端口共用所述的变焦成像模块和测试对准模块，通过移动所述的45°切换反射镜来分配大端口小端口对变焦成像模块和测试对准模块的使用权：所述的45°切换反射镜具有沿着φ120mm口径准直物镜组的光轴向远离它的方向开放或遮挡所述的大测试端口光路的移动机构，当所述的45°切换反射镜遮挡所述的大测试端口光路时，进行小端口测试，当所述的45°切换反射镜开放所述的大测试端口光路时，进行大端口测试；无论进行小端口测试或大端口测试，在被测元件表面、透射标准平面镜的标准透射参考面和反射标准平面镜的反射标准参考面形成沿原光路返回的干涉测试光；

所述的干涉测试光沿原光路返回，经所述的第二45°分光反射镜反射后透过第一45°分光反射镜，沿该透射光路方向依次的第一凹透镜、第一凸透镜、5倍变焦镜头、第二凸透镜和第二凹透镜和CCD构成所述的变焦成像模块，所述的第一凹透镜、第一凸透镜构成一次成像镜头，该一次成像镜头的一次像面与所述的5倍变焦镜头的前焦平面重合，所述的CCD成像镜头由第二凸透镜和第二凹透镜组成，所述的CCD采用1024×1024像素的工业级高分辨率CCD，所述的CCD成像镜头成像在所述的CCD靶面上；最后通过CCD光电转换输出干涉测试图像，通过判读和分析CCD输出干涉图获得被测元件面形数据；

所述的测试对准模块包括毛玻片、对准成像镜组和对准成像CMOS，所述的干涉测试光沿原光路返回，在透过第二45°分光反射镜的光路上依次是所述的毛玻片、对准成像镜组和对准成像CMOS，所述的毛玻片位于所述的φ600mm口径凸透准直物镜组和φ120mm口径凸透准直物镜组的焦平面上，所述的对准成像镜组和对准成像CMOS对毛玻片全视场成像。

所述的φ120mm口径透射标准平面镜的楔角面为5分的楔角。

所述的φ600mm口径透射标准平面镜的楔角面设置5分的楔角。

输出波长为632.8nm的标准激光光源输出一束发散角为0.5mrad的平行光束先经过凸透聚焦物镜组聚焦后形成数值孔径一定的标准球面波，在焦点后一定的距离经过第一45°分光反射镜反射输出标准球面波，至此有标准激光光源、凸透聚焦物镜组和第一45°分光反射镜组成标准激光光源模块。

标准激光光源模块输出的标准球面波通过第一45°分光反射镜输出后到达第二45°分光反射镜将光束方向转折90°后向前到达45°切换反射镜再转折90°向前到达小端口凸透准直物镜组。设置小端口凸透镜准直物镜组的数值孔径与凸透镜聚焦物镜组的数值孔径相等，且小端口凸透准直物镜组的焦点与凸透聚焦物镜组对标准光源输出平行光聚焦焦点重合。通过上述设置，当光束通过小端口凸透准直物镜组后形成小端口标准平行光，平行光波前误差PV值优于30nm。小端口的标准平行光向前透过小端口透射标准平面镜到达小端口反射标准平面镜，其中小端口透射标准平面镜在光前进方向上第一面为楔角面，第二面为标准平面参考面且面形精度PV值优于30nm，标准参考面垂直与小端口标准平行光光轴，小端口反射标准平面镜在光前进方向上的第一面为反射标准参考面且面形精度PV值优于30nm，它也垂直于小端口标准平行光光轴，使其与小端口透射标准平面镜参考面形成标准干涉测试腔，被测试光学元件置于小端口透射标准平面参考面与标准反射平面镜反射参考面之间实现干涉测试产生干涉测试图。小端口透射标准平面镜第一面楔角面设置5分的楔角，使得透射标准平面镜自身两个面不形成自干涉而干扰测试。至此按光束前进方向依次由第一45°分光反射镜、第二45°分光反射镜、45°切换反射镜、小端口凸透准直物镜组，小端口透射标准平面镜，小端口反射标准平面镜共同组成小测试端口模块。

当沿着小端口凸透准直物镜组光轴向靠近它的方向移开45°切换反射镜，标准激光光源模块输出的标准球面波通过第一45°分光反射镜输出后到达第二45°分光反射镜转向90°后到达45°转折反射镜，经过45°转折反射镜再转折90°向前到达大端口凸透准直物镜组。设置大端口凸透准直物镜组的数值孔径也与凸透聚焦物镜组的数值孔径相等，且大端口凸透准直物镜组的焦点也与凸透聚焦物镜组对标准光源输出平行光聚焦焦点重合。通过上述设置，当光束通过大端口凸透准直物镜组后形成大端口的标准平行光，平行光波前误差PV值优于63nm。大端口的标准平行光向前透过大端口透射标准平面镜到达反射标准平面镜，其中大端口透射标准平面镜在光前进方向上第一面为楔角面，第二面为标准平面参考面且面形精度PV值优于63nm，标准参考面垂直于大端口标准平行光光轴，大端口反射标准平面镜在光前进方向上的第一面为反射标准参考面且面形精度PV值优于63nm，它也垂直于大端口标准平行光光轴，使其与大端口透射标准平面镜标准参考面形成标准干涉测试腔。被测试的大口径光学元件置于φ600mm口径透射标准平面参考面与标准反射平面镜参考面之间实现干涉测试产生干涉测试图。大端口透射标准平面镜第一面楔角面设置5分的楔角，使得透射标准平面镜自身两个面不形成自干涉而干扰测试。同样按光束前进方向依次由第一45°分光反射镜、第二45°分光反射镜、45°转折反射镜、大端口凸透准直物镜组，大端口透射标准平面镜，大端口反射标准平面镜共同组成大测试端口模块。

小测试端口和大测试端口共用变焦成像模块和测试对准模块，通过移动45°切换反射镜来分配大小端口对变焦成像模块和测试对准模块的使用权。当移动45°切换反射镜沿着小端口准直物镜组光轴向靠近它的方向移出大测试端口光路，大测试端口的干涉测试光反向通过45°转折反射镜与第二45°分光反射镜后，部分反射转向90°后透过第一45°分光反射镜进入变焦成像模块。干涉图进入变焦成像模块后沿光线前进方向首先通过依次由一片凹透镜和一片凸透镜组成的一次成像镜头，将干涉测试图成像在一次相面上。设置一次相面与5倍变焦镜头前焦平面重合，一次相面所成的干涉图像在通过5倍变焦镜头输出平行光干涉图进入CCD成像镜头组，CCD成像镜头组依次由沿光线前进方向上的一片凸透镜和一片凹透镜组成，CCD采用1024×1024像素的工业级高分辨率CCD。干涉图通过CCD成像镜头组后成像在二次相面即CCD靶面上，最后通过CCD光电转换输出可显示和可分析的干涉测试图像，通过判读和分析CCD输出干涉图获得被测元件面形数据。对于被测元件口径小于大测试端口最大口径的，可以通过调节变焦镜头使得干涉测试图实现1～5倍连续变倍，就是说最小为小端口口径的光学元件可以通过最大5倍变焦，实现在大端口测试时同样充满CCD靶面的高分辨率干涉图像，在大测试端口实现从小端口口径到大端口口径范围的高分辨率干涉测试。这里依次由一次成像镜头、变焦镜头和CCD成像镜头和成像CCD组成变焦成像模块。在大测试端口测试时，被测元件表面、标准透射参考镜表面以及标准反射镜表面反射的光线反向通过大准直镜组经过45°转折反射镜到达第二45°分光反射镜，一部分反射进入变焦成像模块实现干涉图像输出，另外一部分光线透过第二45°分光反射镜进入测试对准模块，这部分光在通过第二45°分光反射镜后到达放置在大准直物镜焦平面上的毛玻片，在毛玻片上分别聚焦为前述各个面对应的焦点。在毛玻片后安装对准成像镜组和对准成像CMOS，对毛玻片全视场成像，则可以从CMOS输出图像看到处于对准角范围之内的所有测试端平面返回的聚焦点。通过调节标准透射参考镜角度使得它的参考面反射聚焦点处于毛玻片视场中间，然后调节测试端其他测试元件角度使得其测试面反射聚焦点与参考面反射聚焦点重合，实现测试对准调节。通过设置第二45°分光反射镜与毛玻片口径，以及对准CMOS成像镜组视场角，可以实现测试端最大±1°的大视场对准。这里依次由第二45°分光反射镜、毛玻片、对准成像镜头和对准CMOS组成测试对准模块。

当移动45°切换反射镜沿着小端口准直物镜组光轴向远离它的方向移入大测试端口光路，将小测试端口返回测试光通过45°切换反射镜反射进入变焦成像模块和测试对准模块，实现小测试端口的干涉测试图输出和测试对准调节。同样通过调节5倍变焦镜头，可以实现小口径被测元件在CCD全口径高分辨率测试。在结合大测试端口测试口径范围，在本发明装置上实现了从小到大全口径范围的高分辨率干涉测试。

本发明的技术效果：

本发明卧式双端口平面斐索干涉测试装置为测试平面光学元件反射面形、透射面形、光材料折射率均匀性等参数提供了必须的测试分析装置。该干涉测试装置通过变焦成像模块的5倍连续变倍成像功能，可实现φ24mm～600mm口径范围的所有口径平面光学元件反射面形、透射面形、光材料折射率均匀性等参数干涉测试分析。

附图说明

图1为本发明卧式双端口平面斐索干涉测试装置光路图

具体实施方式

以下结合附图对本发明作详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

先请参阅图1，图1为卧式双端口平面斐索干涉测试装置光路示意图，由图可见，本发明卧式双端口平面斐索干涉测试装置，构成包括激光光源模块、大测试端口模块、小测试端口模块、变焦成像模块和测试对准模块：

所述的激光光源模块包括632.8nm的标准激光光源233和凸透聚焦物镜组232，沿标准激光光源233输出光束方向依次是凸透聚焦物镜组232和第一45°分光反射镜231；

所述的小测试端口模块由沿光束前进方向依次的第一45°分光反射镜231、第二45°分光反射镜221、45°切换反射镜214、φ120mm口径凸透准直物镜组213、φ120mm口径透射标准平面镜212和φ120mm口径反射标准平面镜211构成，所述的第一45°分光反射镜231、第二45°分光反射镜221和45°切换反射镜114与光路的夹角为45°，所述的φ120mm凸透镜准直物镜组213的数值孔径与所述的凸透镜聚焦物镜组232的数值孔径相等，且φ120mm凸透准直物镜组213的焦点与所述的凸透聚焦物镜组232对所述的标准激光光源233输出平行光聚焦焦点重合，所述的φ120mm口径透射标准平面镜212在光束前进方向上第一面为楔角面，第二面为标准平面参考面，且面形精度PV值优于30nm，该标准平面参考面垂直于φ120mm凸透准直物镜组213的光轴，所述的φ120mm口径反射标准平面镜211在光前进方向上的第一面为反射标准参考面，且面形精度PV值优于30nm，该φ120mm口径反射标准平面镜211垂直于φ120mm口径凸透准直物镜组213的光轴，与φ120mm口径透射标准平面镜参考面形成标准干涉测试腔，被测试光学元件置于φ120mm口径透射标准平面镜的标准平面参考面与φ120mm口径标准反射平面镜211的反射参考面之间，实现干涉测试；

所述的大测试端口模块由沿光路依次的第一45°分光反射镜231、第二45°分光反射镜221、45°转折反射镜104、φ600mm口径凸透准直物镜组103、φ600mm口径透射标准平面镜102和φ600mm口径反射标准平面镜101构成，第一45°分光反射镜231、第二45°分光反射镜221和45°转折反射镜104与光路的夹角为45°，所述的φ600mm凸透准直物镜组103的数值孔径与所述的凸透聚焦物镜组232的数值孔径相等，且φ600mm凸透准直物镜组103的焦点与所述的凸透聚焦物镜组232的焦点重合，所述的φ600mm口径透射标准平面镜102在光前进方向上第一面为楔角面，第二面为标准平面参考面，且面形精度PV值优于63nm，该标准平面参考面垂直于φ600mm口径凸透准直物镜组103的光轴，所述的φ600mm口径反射标准平面镜101在光前进方向上的第一面为反射标准参考面，且面形精度PV值优于63nm，所述的φ600mm口径反射标准平面镜101的反射标准参考面垂直于φ600mm口径凸透准直物镜组103的光轴，与φ600mm口径透射标准平面镜102的标准平面参考面形成标准干涉测试腔，被测试的大口径光学元件置于φ600mm口径透射标准平面镜的标准平面参考面与φ600mm口径反射标准平面镜的反射标准参考面之间，实现干涉测试；

所述的小测试端口和大测试端口共用所述的变焦成像模块和测试对准模块，通过移动所述的45°切换反射镜214来分配大端口小端口对变焦成像模块和测试对准模块的使用权：所述的45°切换反射镜214具有沿着φ120mm口径准直物镜组213的光轴向远离它的方向开放或遮挡所述的大测试端口光路的移动机构，当所述的45°切换反射镜214遮挡所述的大测试端口光路时，进行小端口测试，当所述的45°切换反射镜214开放所述的大测试端口光路时，进行大端口测试；无论进行小端口测试或大端口测试，在被测元件表面、透射标准平面镜的标准透射参考面和反射标准平面镜的反射标准参考面形成沿原光路返回的干涉测试光；

所述的干涉测试光沿原光路返回，经所述的第二45°分光反射镜221反射后透过第一45°分光反射镜231，沿该透射光路方向依次的第一凹透镜241、第一凸透镜242、5倍变焦镜头243、第二凸透镜244和第二凹透镜245和CCD246构成所述的变焦成像模块，所述的第一凹透镜241、第一凸透镜242构成一次成像镜头，该一次成像镜头的一次像面与所述的5倍变焦镜头243的前焦平面重合，所述的CCD成像镜头由第二凸透镜244和第二凹透镜245组成，所述的CCD采用1024×1024像素的工业级高分辨率CCD，所述的CCD成像镜头成像在所述的CCD靶面上；最后通过CCD光电转换输出干涉测试图像，通过判读和分析CCD输出干涉图获得被测元件面形数据；

所述的测试对准模块包括毛玻片222、对准成像镜组223和对准成像CMOS224，所述的干涉测试光沿原光路返回，在透过第二45°分光反射镜221的光路上依次是所述的毛玻片222、对准成像镜组223和对准成像CMOS224，所述的毛玻片222位于所述的φ600mm口径凸透准直物镜组103和φ120mm口径凸透准直物镜组213的焦平面上，所述的对准成像镜组223和对准成像CMOS224对毛玻片222全视场成像。

图1中，输出波长为632.8nm的标准激光光源233输出一束发散角为0.5mrad的平行光束先经过凸透聚焦物镜组232聚焦后形成数值孔径为F5的标准球面波，在焦点后一定的距离经过第一45°分光反射镜231反射输出标准球面波。聚焦物镜组232聚焦形成的标准球面波到达第一45°分光反射镜231的面镀50％反射，50％透射的反光膜，另一面镀剩余放射率小于0.5％的增透膜。本发明中所有镀膜元件的参考波长均为标准光源输出波长632.8nm。

第一45°分光反射镜231反射输出标准球面波到达第二45°分光反射镜221，将光束方向转折90°后向前到达45°切换反射镜214，再转折90°向前到达小端口凸透准直物镜213，口径为φ120mm。这里第二45°分光反射镜221的第一45°分光反射镜231反射输出标准球面波到达面镀70％反射，30％透射的分光膜，另一面镀剩余反射率小于0.5％的增透膜。设置小端口凸透准直物镜组231的数值孔径与凸透镜聚焦物镜组232的数值孔径相等均为F5，且小端口凸透准直物镜组214的焦点与凸透聚焦物镜组232对标准激光光源233输出光聚焦焦点重合。通过上述设置，小端口凸透镜准直物镜213输出的标准平行光波前误差PV达到30nm。小端口凸透准直物镜213输出的标准平行光向前透过小端口透射标准平面镜212到达小端口反射标准平面镜211，这里小端口透射标准平面镜212和反射标准平面镜211口径均为φ120mm。小端口透射标准平面镜212在光前进方向上第一面为楔角面。第二面为标准参考面且面形精度PV值优于30nm，标准参考面垂直于小端口凸透准直物镜213光轴，小端口反射标准平面镜211在光前进方向上的第一面为反射标准参考面且面形精度PV值优于30nm，它也垂直于小端口小端口凸透准直物镜213光轴，使其与小端口透射标准平面镜212标准参考面形成标准干涉测试腔，被测试光学元件置于小端口透射标准平面镜212参考面与标准反射平面镜211反射参考面之间，实现干涉测试产生干涉测试图。小端口透射标准平面镜212第一面楔角面设置5分的楔角，使得透射标准平面镜自身两个面不形成自干涉而干扰测试。至此按光束前进方向依次由第一45°分光反射镜231、第二45°分光反射镜221、45°切换反射镜214、小端口凸透准直物镜组213，小端口透射标准平面镜212，小端口反射标准平面镜211共同组成小测试端口模块。

当沿着小端口凸透准直物镜组213光轴向其靠近方向移开45°切换反射镜214，第二45°分光反射镜221反射的标准球面波到达45°转折反射镜104，经过45°转折反射镜104转折90°向前到达大端口凸透准直物镜组103。设置大端口凸透准直物镜组的数值孔径也为F5，口径为φ600mm。大端口凸透准直物镜组103的焦点也与凸透聚焦物镜组232对标准激光光源233输出光聚焦焦点重合。通过上述设置，通过大端口凸透准直物镜组103后输出的标准平行光波前误差PV值优于63nm。大端口凸透准直物镜组103输出标准平行光向前透过大端口透射标准平面镜102到达大端口反射标准平面镜101，其中φ600mm口径透射标准平面镜102在光前进方向上第一面为楔角面，第二面为标准平面参考面且面形精度PV值优于63nm，标准参考面垂直于大端口凸透准直物镜组103光轴。大端口反射标准平面镜101在光前进方向上的第一面为反射标准参考面且面形精度PV值优于63nm，它也垂直于大端口凸透准直物镜组103光轴，使其与大端口透射标准平面镜102参考面形成标准干涉测试腔。被测试大口径光学元件置于大端口透射标准平面102参考面与标准反射平面镜101反射参考面之间实现干涉测试产生干涉测试图。大端口透射标准平面镜102第一面楔角面设置5分的楔角，使得透射标准平面镜自身两个面不形成自干涉而干扰测试。同样按光束前进方向依次由第一45°分光反射镜231、第二45°分光反射镜221、45°转折反射镜104、大端口凸透准直物镜组103，大端口透射标准平面镜102，大端口反射标准平面镜101共同组成大测试端口模块。

小测试端口和大测试端口共用变焦成像模块和测试对准模块，通过移动45°切换反射镜214来分配大小端口对变焦成像模块和测试对准模块的使用权。当移动45°切换反射镜214沿着小端口凸透准直物镜组214光轴向其靠近方向移出大测试端口光路，大测试端口的干涉测试光反向经45°转折反射镜104反射，到达第二45°分光反射镜221后50％光反射转向90°后通过第一45°分光反射镜231进入变焦成像模块。干涉测试光进入变焦成像模块后由沿光线前进方向上首先通过依次由一片凹透镜214和一片凸透镜组242组成的一次成像镜头，使得干涉测试图成像在一次相面上，设置一次相面与5倍变焦镜头243前焦平面重合，一次相面所成的干涉图像在通过5倍变焦镜头243输出平行干涉图进入CCD成像镜头组，CCD成像镜头组沿光线前进方向上依次由一片凸透镜244和一片凹透镜组成245组成，采样CCD246采用1024×1024像素的工业级高分辨率CCD。干涉图通过CCD成像镜头组后成像在二次相面即CCD246靶面上，最后通过CCD246光电转换输出可显示和可分分析的测试干涉图像，通过判读和分析CCD246输出干涉图获得被测元件面形数据。对于被测元件口径小于大测试端口最大口径φ600mm的，可以通过调节变焦镜头243使得测试干涉图实现1～5倍连续变倍，就是说最小为小端口口径φ120mm的光学元件可以通过最大5倍变焦，实现在大端口测试时同样充满CCD246靶面的高分辨率干涉测试，在大测试端口实现了φ120mm～600mm全口径范围的高分辨率干涉测试。这里依次由一次成像镜头241和242、变焦镜头243、CCD成像镜头组244和245和成像组件CCD246组成变焦成像模块。在大测试端口测试时，被测元件表面、标准透射参考镜102表面以及标准反射镜101参考表面反射的光线反向一次经过大准直镜组103、45°转折反射镜104到达第二45°分光反射镜221后，有50％光反射进入变焦成像模块实现干涉图像输出。另外50％光线透过第二45°分光反射镜221进入测试对准模块，这部分光在通过第二45°分光反射镜221后到达放置在大准直物镜103焦平面上的毛玻片222，在毛玻片222上分别聚焦前述各个面对应的焦点。在毛玻片222后安装对准成像镜组223和对准成像CMOS224，对毛玻片222全视场成像，则可以从CMOS224输出图像上看到处于对准角范围之内的所有测试端平面返回的聚焦点。通过调节标准透射参考镜102角度使得它的参考面反射聚焦点处于毛玻片222视场中间，然后调节测试端其他测试元件角度使得其测试面反射聚焦点与参考面反射聚焦点重合，实现测试对准调节。设置第二45°分光反射镜221口径为φ110mm，设置毛玻片222口径为φ80mm，设置对准成像镜组223视场角为±1°，可以实现测试端最大±1°的大视场对准。这里依次由第二45°分光反射镜221、毛玻片222、对准成像镜头223和对准成像CMOS224共同组成测试对准模块。

当移动45°切换反射镜214沿着小端口凸透准直物镜组214光轴向其远离方向移入大测试端口光路，使得小测试端口返回测试光经45°切换反射镜214反射进入变焦成像模块和测试对准模块，实现小测试端口的干涉测试图输出和测试对准调节。同样通过调节5倍变焦镜头243，可以实现最小φ24mm口径被测元件在CCD全口径内的高分辨率测试。再结合大测试端口测试口径范围，在本发明装置上可实现φ24mm～φ600mm全口径范围的所有口径平面光学元件反射面形、透射面形、光材料折射率均匀性等参数干涉测试分析。

Claims (3)

1.一种卧式双端口平面斐索干涉测试装置，特征在于其构成包括激光光源模块、大测试端口模块、小测试端口模块、变焦成像模块和测试对准模块：

所述的激光光源模块包括632.8nm的标准激光光源(233)和凸透聚焦物镜组(232)，沿激光光源(233)输出光束方向依次是凸透聚焦物镜组(232)和第一45°分光反射镜(231)；

所述的小测试端口模块由沿光束前进方向依次的第一45°分光反射镜(231)、第二45°分光反射镜(221)、45°切换反射镜(214)、φ120mm口径凸透准直物镜组(213)、φ120mm口径透射标准平面镜(212)和φ120mm口径反射标准平面镜(211)构成，所述的第一45°分光反射镜(231)、第二45°分光反射镜(221)和45°切换反射镜(114)与光路的夹角为45°，所述的φ120mm凸透镜准直物镜组(213)的数值孔径与所述的凸透镜聚焦物镜组(232)的数值孔径相等，且φ120mm凸透准直物镜组(213)的焦点与所述的凸透聚焦物镜组(232)对所述的标准激光光源(233)输出平行光聚焦焦点重合，所述的φ120mm口径透射标准平面镜(212)在光束前进方向上第一面为楔角面，第二面为标准平面参考面，且面形精度PV值优于30nm，该标准平面参考面垂直于φ120mm凸透准直物镜组(213)的光轴，所述的φ120mm口径反射标准平面镜(211)在光前进方向上的第一面为反射标准参考面，且面形精度PV值优于30nm，该φ120mm口径反射标准平面镜(211)垂直于φ120mm口径凸透准直物镜组(213)的光轴，与φ120mm口径透射标准平面镜参考面形成标准干涉测试腔，被测试光学元件置于φ120mm口径透射标准平面镜的标准平面参考面与φ120mm口径标准反射平面镜(211)的反射参考面之间，实现干涉测试；

所述的大测试端口模块由沿光路依次的第一45°分光反射镜(231)、第二45°分光反射镜(221)、45°转折反射镜(104)、φ600mm口径凸透准直物镜组(103)、φ600mm口径透射标准平面镜(102)和φ600mm口径反射标准平面镜(101)构成，第一45°分光反射镜(231)、第二45°分光反射镜(221)和45°转折反射镜(104)与光路的夹角为45°，所述的φ600mm凸透准直物镜组(103)的数值孔径与所述的凸透聚焦物镜组(232)的数值孔径相等，且φ600mm凸透准直物镜组(103)的焦点与所述的凸透聚焦物镜组(232)的焦点重合，所述的φ600mm口径透射标准平面镜(102)在光前进方向上第一面为楔角面，第二面为标准平面参考面，且面形精度PV值优于63nm，该标准平面参考面垂直于φ600mm口径凸透准直物镜组(103)的光轴，所述的φ600mm口径反射标准平面镜(101)在光前进方向上的第一面为反射标准参考面，且面形精度PV值优于63nm，所述的φ600mm口径反射标准平面镜(101)的反射标准参考面垂直于φ600mm口径凸透准直物镜组(103)的光轴，与φ600mm口径透射标准平面镜(102)的标准平面参考面形成标准干涉测试腔，被测试的大口径光学元件置于φ600mm口径透射标准平面镜的标准平面参考面与φ600mm口径反射标准平面镜的反射标准参考面之间，实现干涉测试；

所述的小测试端口和大测试端口共用所述的变焦成像模块和测试对准模块，通过移动所述的45°切换反射镜(214)来分配大端口小端口对变焦成像模块和测试对准模块的使用权：所述的45°切换反射镜(214)具有沿着φ120mm口径准直物镜组(213)的光轴向远离它的方向开放或遮挡所述的大测试端口光路的移动机构，当所述的45°切换反射镜(214)遮挡所述的大测试端口光路时，进行小端口测试，当所述的45°切换反射镜(214)开放所述的大测试端口光路时，进行大端口测试；无论进行小端口测试或大端口测试，在被测元件表面、透射标准平面镜的标准透射参考面和反射标准平面镜的反射标准参考面形成沿原光路返回的干涉测试光；

所述的干涉测试光沿原光路返回，经所述的第二45°分光反射镜(221)反射后透过第一45°分光反射镜(231)，沿该透射光路方向依次的第一凹透镜(241)、第一凸透镜(242)、5倍变焦镜头(243)、第二凸透镜(244)和第二凹透镜(245)和CCD(246)构成所述的变焦成像模块，所述的第一凹透镜(241)、第一凸透镜(242)构成一次成像镜头，该一次成像镜头的一次像面与所述的5倍变焦镜头(243)的前焦平面重合，所述的CCD成像镜头由第二凸透镜(244)和第二凹透镜(245)组成，所述的CCD采用1024×1024像素的工业级高分辨率CCD，所述的CCD成像镜头成像在所述的CCD靶面上；最后通过CCD光电转换输出干涉测试图像，通过判读和分析CCD输出干涉图获得被测元件面形数据；

所述的测试对准模块包括毛玻片(222)、对准成像镜组(223)和对准成像CMOS(224)，所述的干涉测试光沿原光路返回，在透过第二45°分光反射镜(221)的光路上依次是所述的毛玻片(222)、对准成像镜组(223)和对准成像CMOS(224)，所述的毛玻片(222)位于所述的φ600mm口径凸透准直物镜组(103)和φ120mm口径凸透准直物镜组(213)的焦平面上，所述的对准成像镜组(223)和对准成像CMOS(224)对毛玻片(222)全视场成像。

2.根据权利要求1所述的卧式双端口平面斐索干涉测试装置，其特征在于所述的φ120mm口径透射标准平面镜的楔角面为5分的楔角。

3.根据权利要求1或2所述的卧式双端口平面斐索干涉测试装置，其特征在于所述的φ600mm口径透射标准平面镜的楔角面设置5分的楔角。