CN110132125A - 光栅剪切干涉光学元件缺陷检测装置与检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种光栅剪切干涉光学元件缺陷检测装置与检测方法，检测装置包括光纤、分束镜、第一准直透镜、被测样品组、光阑、第二准直透镜、光栅剪切干涉波前传感器和平移调节台。本发明具有能够测量光学元件反射或透射相位缺陷或者缺陷的相位信息，与干涉仪相比不需要参考光、系统结构简单的优点。

Description

光栅剪切干涉光学元件缺陷检测装置与检测方法
技术领域
本发明属于干涉测量领域，特别是一种光栅剪切干涉光学元件缺陷检测装置与检测方法。
背景技术
光学元件在加工过程中会产生各种缺陷，例如污点、凹陷、气泡等。随着现代科学技术的发展，高精度光学仪器对其中的光学元件的质量要求愈来愈高，对这些缺陷都有很高的控制要求，因此这些缺陷的检测显得尤为重要。目前主要有两种方法对光学元件的缺陷进行检测，一种是人工肉眼识别方法，此方法依赖于人的主观判断，效率低且检测精度低；另一种是利用干涉仪来检测，比如在先技术(参见在先技术：贾辛、徐富超等，一种光学面形的检测装置及检测方法，发明专利CN102735184B)提出了一种光学面形的检测装置及检测方法，利用待测平面和参考平面产生干涉，进行光学面型的测量。但是，由于该技术方案需要参考平面产生参考光，使得检测系统的成本及检测精度受到参考平面面形的制约，且检测系统结构比较复杂。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种光栅剪切干涉光学元件缺陷检测装置与检测方法，它具有能检测光学元件反射或透射相位缺陷或者缺陷的相位信息，与干涉仪相比不需要参考光、系统结构简单的优点。
本发明的技术解决方案如下：
一种光栅剪切干涉光学元件缺陷检测装置，其特点在于构成包括：光纤、分束镜、第一准直透镜、被测样品组、光阑、第二准直透镜、光栅剪切干涉波前传感器和平移调节台；
上述各部分的位置关系如下：
光纤输出端位于第一准直透镜的焦点上，在光纤输出光前进方向上是分束镜，光束被分束镜折射至第一直透镜，折射光束被所述的第一准直透镜准直后被被测样品组反射，反射光束被第一准直透镜聚焦，所述的光阑位于第一准直透镜的焦面，经过光阑的聚焦光束被第二准直透镜准直，准直光束被光栅剪切干涉波前传感器接收，光栅剪切干涉波前传感器固定于平移调节台上；
所述的光栅剪切干涉光学元件缺陷检测装置，其特点在于，所述的被测样品组为被测平面镜，或者是沿入射光束方向依次放置的被测平面镜和平面反射镜，或者是沿入射光束方向依次放置的聚焦镜和被测球面镜；
所述的光栅剪切干涉光学元件缺陷检测装置，其特点在于光栅剪切干涉波前传感器包括二维光电探测器、二维光栅；或包括二维光电探测器、二维光栅、二维相移台，二维光栅固定于二维相移台上；
所述的光栅剪切干涉光学元件缺陷检测装置，其特点在于光栅剪切干涉波前传感器包括二维光电探测器、两个正交的一维光栅；或者包括二维光电探测器、两个正交的一维光栅、光栅切换台、二维相移台，两个正交的一维光栅固定于光栅切换台上，光栅切换台固定于二维相移台上；
所述的二维光栅、一维光栅是抑制0级衍射的振幅相位混合光栅，或相位光栅，使得±1级衍射间发生剪切干涉；参见在先技术(J.Primot and N.Guerineau,“ExtendedHartmann test based on the pseudoguiding property of a Hartmann maskcompleted by a phase chessboard,”Appl.Opt.39,5715–5720(2000)；陈根祥,程美乔,葛璜,简水生,王圩.248nm KrF准分子激光零级抑制石英相位掩模器的研制[J].中国激光,1997(07):48-51；Jie Li,Feng Tang,Xiangzhao Wang,Fengzhao Dai,and Heng Zhang,"Analysis of lateral shearinginterferometry without self-imaging limitations,"Appl.Opt.54,8070-8079(2015))
所述的光栅剪切干涉光学元件缺陷检测装置检测被测光学元件的方法，该方法包括下列步骤：
1)调节所述的平移调节台使固定其上的光栅剪切干涉波前传感器置于被测样品组的成像面上。
2)所述的光栅剪切干涉波前传感器采用单幅干涉图相位提取和相移法相位提取，获得两个方向的剪切波前信息，重建二维波前信息，获得被测光学元件的相位信息，再经高通滤波处理，得到被测光学元件的相位缺陷信息。
所述的光栅剪切干涉光学元件缺陷检测装置检测被测光学元件的方法，其特点在于先采用标准样品标定系统误差，然后在测量结果中减去系统误差，提高测量精度。
所述的光栅剪切干涉光学元件缺陷检测装置检测被测光学元件的方法，其特点在于该光栅剪切干涉波前传感器使用二维光栅采用相移方式获得剪切波前信息时，一个方向做相移，另一个方向做2π周期的匀速扫描，平均另一个方向的干涉，使得只有一个方向的干涉信号，以此方法得到两个方向的剪切波前信息。
本发明具有以下优点：
本发明能够测得被测光学元件反射或透射相位缺陷，或者缺陷的相位信息；与干涉仪相比不需要参考光，且系统结构简单。
附图说明
图1是本发明光栅剪切干涉光学元件缺陷检测装置检测平面镜相位缺陷的结构示意图；
图2是本发明光栅剪切干涉光学元件缺陷检测装置检测平面镜表面缺陷的结构示意图；
图3是本发明光栅剪切干涉光学元件缺陷检测装置检测球面透镜表面缺陷的结构示意图；
图4是本发明光栅剪切干涉波前传感器的两个实施例的结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明，但不应以此实施例限制本发明的保护范围。
实施例1：
图1为本发明光栅剪切干涉光学元件缺陷检测装置测量平面镜相位缺陷的结构示意图，本发明光栅剪切干涉光学元件缺陷检测装置包括：光纤1、分束镜2、第一准直透镜3、被测平面镜401、平面反射镜402、光阑6、第二准直透镜7、光栅剪切干涉波前传感器8和平移调节台9；
上述各部分的位置关系如下：
光纤1输出端位于第一准直透镜3的焦点上，在光纤1输出光前进方向上是分束镜2，光束被分束镜2折射至第一准直透镜3，折射光束被第一准直透镜3准直光束后透射被测平面镜401，被平面反射镜402反射，所述的光阑6放置于第一准直透镜3焦面位置，经过光阑6的光束被第二准直透镜7准直后被光栅剪切干涉波前传感器8接收，光栅剪切干涉波前传感器8固定于平移调节台9上。
所述的光纤1输出波长λ＝532；
所述的分束镜2是分光棱镜；
所述的光栅剪切干涉波前传感器8包括二维光电探测器801、二维光栅802、二维相移台803，二维光栅802固定于二维相移台803上，如图4(a)所示；
所述的的二维光栅是抑制0级衍射的振幅相位混合光栅，或相位光栅。
所述的二维光电探测器是CCD；
利用上述的光栅剪切干涉光学元件缺陷检测装置检测被测平面镜缺陷的方法的实施例，包括下列步骤：
1)调节所述的平移调节台9使固定其上的光栅剪切干涉波前传感器8置于被测样品组的成像面上。
2)所述的光栅剪切干涉波前传感器8采用单幅干涉图相位提取和相移法相位提取，获得两个方向的剪切波前信息，重建二维波前信息，获得被测平面镜401的相位信息，再经高通滤波处理，得到被测平面镜401的相位缺陷信息。
所述的光栅剪切干涉光学元件缺陷检测装置检测被测平面或球面的方法，先采用标准样品标定系统误差，然后在测量结果中减去系统误差，提高测量精度。
所述的光栅剪切干涉波前传感器8使用二维光栅采用相移方式获得剪切波前信息时，一个方向做相移，另一个方向做2π周期的匀速扫描，平均另一个方向的干涉，使得只有一个方向的干涉信号，以此方法得到两个方向的剪切波前信息。
实施例2：
图2为本发明光栅剪切干涉光学元件缺陷检测装置测量平面镜表面缺陷的结构示意图，本发明光栅剪切干涉光学元件缺陷检测装置包括：光纤1、分束镜2、第一准直透镜3、被测平面镜401、光阑6、第二准直透镜7、光栅剪切干涉波前传感器8和平移调节台9；
上述各部分的位置关系如下：
光纤1输出端位于第一准直透镜3的焦点上，在光纤1输出光前进方向上是分束镜2，光束被分束镜2折射至第一准直透镜3，折射光束被第一准直透镜3准直光束后被测平面镜401表面反射，所述的光阑6放置于第一准直透镜3焦面位置，经过光阑6的光束被第二准直透镜7准直后被光栅剪切干涉波前传感器8接收，光栅剪切干涉波前传感器8固定于平移调节台9上。
所述的光纤1输出波长λ＝532；
所述的分束镜2是分光棱镜；
所述的光栅剪切干涉波前传感器8包括二维光电探测器801、二维光栅802、二维相移台803，二维光栅802固定于二维相移台803上，如图4(a)所示；
所述的的二维光栅是抑制0级衍射的振幅相位混合光栅，或相位光栅。
所述的二维光电探测器是CCD；
利用上述的光栅剪切干涉光学元件缺陷检测装置检测被测平面镜表面缺陷的方法的实施例，包括下列步骤：
1)调节所述的平移调节台9使固定其上的光栅剪切干涉波前传感器8置于被测样品组的成像面上。
2)所述的光栅剪切干涉波前传感器8采用单幅干涉图相位提取和相移法相位提取，获得两个方向的剪切波前信息，重建二维波前信息，获得被测平面镜401的表面相位信息，再经高通滤波处理，得到被测平面镜401表面的相位缺陷信息。
所述的光栅剪切干涉光学元件缺陷检测装置检测被测平面或球面的方法，先采用标准样品标定系统误差，然后在测量结果中减去系统误差，提高测量精度。
所述的光栅剪切干涉波前传感器8使用二维光栅采用相移方式获得剪切波前信息时，一个方向做相移，另一个方向做2π周期的匀速扫描，平均另一个方向的干涉，使得只有一个方向的干涉信号，以此方法得到两个方向的剪切波前信息。
实施例3：
图1为本发明光栅剪切干涉光学元件缺陷检测装置测量球面镜相位缺陷的结构示意图，本发明光栅剪切干涉光学元件缺陷检测装置包括：光纤1、分束镜2、第一准直透镜3、聚焦镜403、被测球面镜404、光阑6、第二准直透镜7、光栅剪切干涉波前传感器8和平移调节台9；
上述各部分的位置关系如下：
光纤1输出端位于第一准直透镜3的焦点上，在光纤1输出光前进方向上是分束镜2，光束被分束镜2折射至第一准直透镜3，折射光束被第一准直透镜3准直光束后被聚焦镜403聚焦，再被被测球面镜404反射，所述的光阑6放置于第一准直透镜3焦面位置，经过光阑6的光束被第二准直透镜7准直后被光栅剪切干涉波前传感器8接收，光栅剪切干涉波前传感器8固定于平移调节台9上。
所述的光纤1输出波长λ＝532；
所述的分束镜2是分光棱镜；
所述的光栅剪切干涉波前传感器8包括二维光电探测器801、两个正交的一维光栅812、光栅切换台813、二维相移台803，两个正交的一维光栅812固定于光栅切换台813上，光栅切换台813固定于二维相移台803上，如图4(b)所示；
所述的的维光栅是抑制0级衍射的振幅相位混合光栅，或相位光栅。
所述的二维光电探测器是CCD；
利用上述的光栅剪切干涉光学元件缺陷检测装置检测被测球面镜缺陷的方法的实施例，包括下列步骤：
1)调节所述的平移调节台9使固定其上的光栅剪切干涉波前传感器8置于被测样品组的成像面上。
2)所述的光栅剪切干涉波前传感器8采用单幅干涉图相位提取和相移法相位提取，获得两个方向的剪切波前信息，重建二维波前信息，获得被测球面镜404表面的相位信息，再经高通滤波处理，得到被测球面镜404表面的相位缺陷信息。
所述的光栅剪切干涉光学元件缺陷检测装置检测被测平面或球面的方法，先采用标准样品标定系统误差，然后在测量结果中减去系统误差，提高测量精度。
所述的光栅剪切干涉波前传感器8使用两个正交的一维光栅812采用相移方式获得剪切波前信息时，先用一个方向的光栅做完相移后，光栅切换台813换另一个方向的光栅做相移，以此方法得到两个方向的剪切波前信息。
本发明的实施例具有以下优点：能够测得被测光学元件反射或透射相位缺陷、或者缺陷的相位信息，与干涉仪相比不需要参考光、系统结构简单。

Claims (9)

1.一种光栅剪切干涉光学元件缺陷检测装置，其特征在于，包括光纤(1)、分束镜(2)、第一准直透镜(3)、被测样品组(4)、光阑(6)、第二准直透镜(7)、光栅剪切干涉波前传感器(8)和平移调节台(9)；
上述各部分的位置关系如下：
光纤(1)输出端位于第一准直透镜(3)的焦点上，在光纤(1)输出光前进方向上是分束镜(2)，光束被分束镜(2)折射至第一直透镜(3)，折射光束被所述的第一准直透镜(3)准直后被被测样品组(4)反射，反射光束被第一准直透镜(3)聚焦，所述的光阑(6)位于第一准直透镜(3)的焦面，经过光阑(6)的聚焦光束被第二准直透镜(7)准直，准直光束被光栅剪切干涉波前传感器(8)接收，光栅剪切干涉波前传感器(8)固定于平移调节台(9)上。
2.根据权利要求1所述的光栅剪切干涉光学元件缺陷检测装置，其特征在于，所述的被测样品组(4)为被测平面镜(401)，或者是沿入射光束方向依次放置的被测平面镜(401)和平面反射镜(402)，或者是沿入射光束方向依次放置的聚焦镜(403)和被测球面镜(404)。
3.根据权利要求1或2所述的光栅剪切干涉光学元件缺陷检测装置，其特征在于所述的光栅剪切干涉波前传感器(8)包括二维光电探测器(801)、二维光栅(802)；或包括二维光电探测器(801)、二维光栅(802)、二维相移台(803)，二维光栅(802)固定于二维相移台(803)上。
4.根据权利要求3所述的光栅剪切干涉光学元件缺陷检测装置，其特征在于所述的二维光栅是抑制0级衍射的振幅相位混合光栅，或相位光栅。
5.根据权利要求1或2所述的光栅剪切干涉光学元件缺陷检测装置，其特征在于光栅剪切干涉波前传感器(8)包括二维光电探测器(801)、两个正交的一维光栅(812)；或者包括二维光电探测器(801)、两个正交的一维光栅(812)、光栅切换台(813)、二维相移台(803)，两个正交的一维光栅(812)固定于光栅切换台(813)上，光栅切换台(813)固定于二维相移台(803)上。
6.根据权利要求5所述的光栅剪切干涉光学元件缺陷检测装置，其特征在于所述的一维光栅是抑制0级衍射的振幅相位混合光栅，或相位光栅。
7.利用权利要求1所述的光栅剪切干涉光学元件缺陷检测装置检测被测光学元件缺陷的方法，其特征在于该方法包括下列步骤：
1)调节平移调节台(9)使光栅剪切干涉波前传感器(8)置于被测样品组(4)的成像面；
2)所述的光栅剪切干涉波前传感器(8)采用单幅干涉图相位提取和相移法相位提取，获得两个方向的剪切波前信息，重建二维波前信息，获得被测光学元件的相位信息，再经高通滤波处理，得到被测光学元件的相位缺陷信息。
8.根据权利要求7所述的光栅剪切干涉光学元件缺陷检测装置检测被测光学元件的方法，其特征在于先采用标准样品标定系统误差，然后在测量结果中减去系统误差，提高测量精度。
9.根据权利要求7所述的光栅剪切干涉光学元件缺陷检测装置检测被测光学元件的方法，其特征在于该光栅剪切干涉波前传感器(8)使用二维光栅采用相移方式获得剪切波前信息时，一个方向做相移，另一个方向做2π周期的匀速扫描，平均另一个方向的干涉，使得只有一个方向的干涉信号，以此方法得到两个方向的剪切波前信息。
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