CN110007470A - 一种平面波离轴干涉仪扩束装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种平面波离轴干涉仪扩束装置，干涉仪通过限位机构设置在干涉仪平台上，所述扩束装置包括：支撑装置；主镜机构，设置在支撑装置内，与支撑装置可拆卸连接；次镜机构，设置在支撑装置内。本发明提出的一种平面波离轴干涉仪扩束装置，产生的大口径平面波无像差、无遮拦。

Description

一种平面波离轴干涉仪扩束装置

技术领域

本发明属于非接触式光学检测技术领域，特别涉及一种平面波离轴干涉仪扩束装置。

背景技术

干涉仪检测法是检测光学元件及光学***最主要的方法之一。采用球面波干涉仪进行检测，需要配做相应的标准球面反射镜或透镜组加以辅助，不仅延长了加工周期，大大提高了加工成本，在检测时光学元件的增多也增加了装调难度，因此采用平面波干涉仪比采用球面波进行检测更方便，尤其是美国4D Technology公司生产的干涉仪，可以应用于光学***现场检验，便于携带运输，可用于复杂或恶劣环境的光学检验，但是目前美国4DTechnology公司生产的干涉仪平面波口径最大只有100mm的口径，随着大口径光学***需求的增大，100mm的口径已无法满足生产加工的要求，而且大口径光学透射材料具有难以制得、材料均匀性难以保证、加工难度大等缺陷。

针对上述平面波干涉仪存在的缺陷，本申请提出一种平面波离轴干涉仪扩束装置，能够克服上述缺陷并能很好地获得扩束的效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种平面波离轴干涉仪扩束装置，该装置具有限位功能、获得大口径光束、不需要使用大口径光学透射材料等优点。

为实现上述目的，本发明提出一种平面波离轴干涉仪扩束装置，与干涉仪配合使用，干涉仪通过限位机构设置在干涉仪平台上，所述扩束装置包括：

支撑装置；

主镜机构，设置在支撑装置内，与支撑装置可拆卸连接；

次镜机构，设置在支撑装置内。

在一实施例中，所述主镜机构包括主镜旋转板、主镜室和固定组件，主镜室内设有主镜，所述主镜旋转板通过固定元件与主镜室可拆卸连接，主镜旋转板分布有若干个腰子槽，固定组件穿过腰子槽将主镜旋转板与支撑装置连接，固定元件穿过的腰子槽的位置关系为腰子槽所在的位置点连接成等边三角形。

在一实施例中，所述次镜机构安装在支撑装置内，支撑装置内设有一空心方块，次镜机构设置在空心方块上，包括次镜架、次镜旋转板、次镜室和底座，次镜室内设有次镜，次镜旋转板安装在次镜架一侧，次镜室安装在次镜架另一侧，次镜架安装在底座上。所述次镜旋转板分布有若干个腰子槽，固定组件穿过腰子槽将次镜旋转板安装到次镜架上；所述次镜为非球面。所述底座从上至下依次包括调节垫片、次镜纵向平移板、次镜横向平移板、次镜过渡板和次镜安装板。

在一实施例中，所述固定元件为带有外螺纹的圆柱体和配套的螺帽

在一实施例中，所述限位机构为一维运动导轨，包括导轨、导轨滑块和斜铁，导轨滑块安装在导轨左右两侧，斜铁安装在导轨下方。

本发明提出的一种平面波离轴干涉仪扩束装置，可产生大于100mm口径的平面波。本发明装置可将干涉仪发出的100mm口径的平面波通过反射式***扩束到大于100mm口径，产生的大口径平面波无像差、无遮拦。本装置采用反射式扩束激光，且为离轴形式无中心遮拦。在该装置中安装温度补偿机构，通过次镜和主镜间的温度补偿杆能够减少由于温度变化对镜间距的影响。一维运动导轨有限制干涉仪位置的作用。

附图说明

图1：本发明的整体结构示意图；

图2：本发明主镜机构结构示意图；

图3：本发明主镜旋转板结构示意图；

图4：本发明螺钉螺套与主镜室连接示意图；

图5：本发明主镜机构与支撑装置连接的局部放大图；

图6：本发明次镜机构结构示意图；

图7：本发明温度补偿机构的位置关系示意图；

图8：本发明温度补偿杆和温度补偿座的结构示意图；

图9：本发明限位机构结构示意图；

图10：本发明限位机构俯视图；

图11：本发明原理示意图；

图12：本发明扩束装置的MTF传函曲线分析图；

图13：本发明扩束装置的中心视场波像差图。

符号说明

100 主镜机构

101 主镜旋转板

102 主镜室

103 空心方块

104 次镜机构

105 次镜架

106 次镜旋转板

107 次镜室

108 底座

109 调节垫片

110 次镜纵向平移板

111 次镜横向平移板

112 次镜过渡板

113 次镜安装板

114 温度补偿杆

115 导轨

116 斜铁

117 支撑装置

118 螺钉

119 螺套

10 需要使用100mm口径平面波时干涉仪的位置

12 需要使用400mm口径平面波时干涉仪的位置。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图1，本发明提出一种平面波离轴干涉仪扩束装置，与干涉仪配合使用，干涉仪通过限位机构设置在干涉仪平台上，所述扩束装置包括支撑装置117，主镜机构100，次镜机构104，支撑装置117为长方形框架体，主镜机构100设置在支撑装置117内，与支撑装置117可拆卸连接；次镜机构104设置在支撑装置117内。

请参阅图2-图5，所述主镜机构100包括主镜旋转板101、主镜室102和固定元件，固定元件例如为六个螺钉118和三个螺套119，主镜室102内设有主镜，主镜旋转板101均匀分布有六个腰子槽，用三个螺钉118分别通过三个互成120度角的腰子槽将主镜旋转板101与支撑装置117连接(参阅图5，支撑装置117具有L型支柱，此L型支柱位于主镜旋转板101一侧，三个螺钉118分别通过三个互成120度角的腰子槽将主镜旋转板101与此L型支柱连接，螺钉可调松紧程度)，三组螺钉118和螺套119分别通过另外三个互成120度角的腰子槽将主镜室102与主镜旋转板101连接，通过旋转螺套改变主镜旋转板101和主镜室102间的空隙，空隙大的那部分主镜会朝外倾斜，空隙小的那部分主镜会向内倾斜，通过三个螺钉螺套结构可使主镜不完全垂直地面，也可不平行于主镜旋转板101。所述主镜例如为抛物面，离轴量为300-400mm,如350mm，主镜和次镜离轴量之差要大于主镜和次镜口径半径之和，这样做的目的主要是为了不遮光；主镜口径为300-500mm，如413mm；主镜顶点曲率半径为1000-2500，如2000mm；主镜垂直于镜面方向的截面不为圆，有100-110mm的缺口，如107.54mm的缺口，主镜选用的材质为微晶玻璃材料。

对于主镜机构100，为了保持主镜机构100的平稳性，可在主镜室顶部和底部位置安装主镜垫片、主镜压块和主镜垫块等结构，主镜垫片为片状结构，主镜压块和主镜垫块为块状结构。

请参阅图1和图6，所述支撑装置为长方体框架体，支撑装置内固定连接有一空心方块103，空心方块103上设置有次镜机构104，空心方块的作用是：一开始并不确定次镜机构的安装位置，需要反复多次装调试验以确定最佳位置，当确定最佳位置时，在空心块对应位置打孔，次镜机构底部也有对应的孔，将次镜机构的孔与空心方块的孔对齐即可；所述次镜机构包括次镜架105、次镜旋转板106、次镜室107和底座108，次镜室107内设有次镜，次镜旋转板106安装在次镜架105一侧，次镜室107安装在次镜架105另一侧，次镜架105安装在底座108上。所述次镜旋转板106具有三个互成120度角的腰子槽，结构与主镜旋转板101类似，三组螺钉118和螺套119分别通过所述三个互成120度角的腰子槽将次镜旋转板106连接到次镜架105上；所述次镜例如为非球面，离轴量为70-100mm，如87.5mm；次镜口径为100-110mm，如107mm；次镜的离轴量随着主镜的离轴量变化而变化；曲率半径为400-600mm，如500mm；次镜由石英玻璃材料制成；次镜机构104除次镜外，主要由LY12材料制成。所述底座108从上至下依次包括调节垫片109、次镜纵向平移板110、次镜横向平移板111、次镜过渡板112和次镜安装板113，次镜横向平移板111可调节次镜与主镜的镜间距，***完成装调后主镜和次镜间距依靠温度补偿杆确定。

如图6所示，对于次镜机构104，为了保持次镜机构104的稳定性，可在次镜室107和次镜架105之间安装一些压圈和垫圈。

请参阅图7和图8，在所述主镜机构100和次镜机构104之间连接有温度补偿机构，温度补偿机构包括温度补偿座和温度补偿杆114，温度补偿杆114连接在底座和主镜室之间，温度补偿座设置在次镜机构的底座108上；设置温度补偿结构是为了通过次镜和主镜间的温度补偿杆减少由于温度变化对镜间距的影响，具体为，根据光学***设计，扩束部分的主镜和次镜间距离为750mm，但由于外部支撑装置117等部分易受到温度影响发生形变，导致主次镜间距离发生变化，从而影响***扩束效果，因此选用低膨胀合金4J32制成温度补偿机构，使其两头分别连接主镜机构和次镜机构，减少温度对镜间距离的影响。

请参阅图1、图9和图10，干涉仪放置在干涉仪平台上，干涉仪平台顺着限位机构运动，运动到限位处即需要使用干涉仪的位置，所述限位机构为一维运动导轨，包括导轨115、两个导轨滑块和斜铁116，导轨滑块安装在导轨115左右两侧，斜铁116安装在导轨115下方。干涉仪可选择4D干涉仪或zygo干涉仪，干涉仪平台例如由6061材料制成。图9中标号为10的方框为需要使用100mm口径平面波时干涉仪的位置，当需要使用400mm口径平面波时，干涉仪平台通过一维运动导轨运动，由于限位作用，停在图中标号12的方框位置，这个位置即为干涉仪工作位置。

由图12可看出，大口径平面波离轴干涉仪扩束装置对波长0.6328μm的光线，分别于子午方向和弧矢方向，视场角度为0度，空间频率介于0lp/mm到684lp/mm，其调变转换函数值介于0.0到1.0之间。

由图13可以看出，理论中心视场波像差PV＝0.0waves，RMS＝0.0waves。

在本实施例中固定元件可不局限于螺钉和螺套，还可以是其他能够调节松紧程度的固定件，例如固定元件采用双头螺杆结构和配套的螺帽，外部带有螺纹的圆柱体都可适用于本发明的固定元件。

在本实施例中，所述支撑装置117的形状还可为正方体框架或圆柱体框架等形状，支撑装置117具有向内突出的支柱的形状也可以是竖直支柱等能与主镜旋转板相连接的结构。

下面描述主镜离轴量的另一种取值，所述主镜例如为抛物面，离轴量为300-400mm,如400mm；主镜口径为300-500mm，如350mm；主镜顶点曲率半径为1000-2500mm，如1500mm；主镜垂直于镜面方向的截面不为圆，有100-110mm的缺口，如105.5mm的缺口。所述次镜例如为非球面，离轴量为70-100mm，如90.5mm；次镜口径100-110mm，如105mm；曲率半径为400-600mm，如450mm。还可以有其他取值，只要满足主镜和次镜离轴量之差要大于主镜和次镜口径半径之和，这样做的目的主要是为了不遮光。

以下对本发明提出的一种平面波离轴干涉仪扩束装置的工作原理进行说明，可参照图11：

(1)在本发明中，通过从干涉仪发射一束100mm口径光打在次镜上，次镜反射打满主镜，主镜反射出400mm口径平行光，调节主镜的角度就是为了使主镜打满，一般在装调的时候是用纸或者直接肉眼观察干涉仪发出的红色光是否打满镜面，本发明的扩束装置是针对100mm口径的干涉仪设计。

(2)调节主镜角度的原理：主镜旋转板101带着主镜室102一起相对支撑装置117运动，这里起主要作用的是腰子槽和螺钉螺套，主镜旋转板101上共均匀分布有6个腰子槽，其中任意三个互成120度角的腰子槽与主镜室102连接，通过螺钉和螺套连接，留在外面的螺钉越长，即旋进去的螺钉长度越短，则该位置的主镜向里倾斜；另外三个互成120度角的腰子槽则通过螺钉与支撑装置117连接，腰子槽的存在可以使主镜室有能转动的调节角度，调节角度范围约为±1°。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明，本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案，例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

除说明书所述的技术特征外，其余技术特征为本领域技术人员的已知技术，为突出本发明的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。

Claims (10)

1.一种平面波离轴干涉仪扩束装置，其特征在于，干涉仪通过限位机构设置在干涉仪平台上，所述扩束装置包括：

支撑装置；

主镜机构，设置在支撑装置内，与支撑装置可拆卸连接；

次镜机构，设置在支撑装置内。

2.根据权利要求1所述的一种平面波离轴干涉仪扩束装置，其特征在于：所述支撑装置具有向内突出的支柱，所述主镜机构通过支柱与支撑装置可拆卸连接。

3.根据权利要求2所述的一种平面波离轴干涉仪扩束装置，其特征在于：所述主镜机构包括主镜旋转板、主镜室和固定元件，所述主镜室内设有主镜，所述主镜旋转板通过固定元件与主镜室可拆卸连接。

4.根据权利要求3所述的一种平面波离轴干涉仪扩束装置，其特征在于：所述主镜旋转板上分布有若干个腰子槽，固定元件穿过腰子槽将主镜旋转板与支撑装置的支柱可拆卸连接。

5.根据权利要求4所述的一种平面波离轴干涉仪扩束装置，其特征在于：所述固定元件穿过的腰子槽的位置关系为腰子槽所在的位置点连接成等边三角形。

6.根据权利要求3所述的一种平面波离轴干涉仪扩束装置，其特征在于：所述主镜为抛物面，主镜垂直于镜面方向的截面不为圆，所述截面具有一个缺口。

7.根据权利要求1所述的一种平面波离轴干涉仪扩束装置，其特征在于：所述次镜机构包括次镜架、次镜旋转板、次镜室和底座，次镜室内设有次镜，次镜旋转板安装在次镜架一侧，次镜室安装在次镜架另一侧，次镜架安装在底座上。

8.根据权利要求7所述的一种平面波离轴干涉仪扩束装置，其特征在于：所述次镜旋转板分布有若干个腰子槽，固定元件穿过腰子槽将次镜旋转板安装到次镜架上。

9.根据权利要求3所述的一种平面波离轴干涉仪扩束装置，其特征在于：所述固定元件为带有外螺纹的圆柱体和配套的栓帽。

10.根据权利要求9所述的一种平面波离轴干涉仪扩束装置，其特征在于：所述限位机构为一维运动导轨，包括导轨、导轨滑块和斜铁，导轨滑块安装在导轨的两侧，斜铁安装在导轨下方。