專(zhuān)利名稱(chēng)：包括具有微反射鏡的干涉儀的可調(diào)光學(xué)測(cè)試裝置及系統(tǒng)的制作方法
本申請(qǐng)是以下申請(qǐng)的分案申請(qǐng)名稱(chēng)“具有一個(gè)微反射鏡的干涉儀及其中的濾光方法”，申請(qǐng)日1996年3月28日，申請(qǐng)?zhí)?6102997.8。
本發(fā)明涉及光束測(cè)試系統(tǒng)，特別是涉及一種可調(diào)光學(xué)測(cè)試裝置及系統(tǒng)，其中包括用于測(cè)試某一光束波陣面性質(zhì)的具有一個(gè)微反射鏡的干涉儀。
許多現(xiàn)有系統(tǒng)可以用來(lái)從被測(cè)光源光束中分離出一束參考光束。在諸如干涉度量等應(yīng)用中這種參考光束很有用。一些系統(tǒng)通過(guò)針孔，即一個(gè)很小的開(kāi)口，從被測(cè)光源發(fā)出的光束中產(chǎn)生參考光束。從初始光源光束中產(chǎn)生的參考光束與初始光源光束具有相同的波長(zhǎng)和固定的相位關(guān)系。通常，由針孔提供的參考光束相對(duì)地避免了源光束中的象差效果。眾所周知，當(dāng)置于象差光束光路上的針孔足夠小時(shí)，可以產(chǎn)生相對(duì)純凈的光束，因?yàn)榇藭r(shí)由于象差所產(chǎn)生的能量大部分不能通過(guò)。
一些現(xiàn)有的干涉儀系統(tǒng)已采用光束擴(kuò)張器來(lái)消除參考光束中的象差。A Phase Measuring Radial shear Interferometer for Measuring the Wavefronts ofCompact Disc Laser Pickups”B.E.Truax,Proceedings of SPIE-TheIntemational Society for Optical Engineering,Vol,661(1986),74(“Truax”)中描述了一種現(xiàn)有干涉儀系統(tǒng)。該系統(tǒng)中干涉儀位于激光束光源的輸出端。分束器將源光束分離成測(cè)試光束和參考光束。一個(gè)小孔與光束擴(kuò)張器一起用來(lái)消除準(zhǔn)備作參考用的光束中的象差。
這些小孔/光束擴(kuò)張器系統(tǒng)通常接收準(zhǔn)直光束輸入并輸出準(zhǔn)直光束。在這些系統(tǒng)中，小孔將經(jīng)過(guò)它的光束的象差能量過(guò)濾掉，這些象差能量離光束中心越遠(yuǎn)就成比例地越大。所得到的變窄的過(guò)濾后光束隨后被擴(kuò)張以恢復(fù)到源光束的寬度。
如所述，這些系統(tǒng)通常接收一束準(zhǔn)直的光束輸入。由于光束是準(zhǔn)直的，因此不象聚焦光束那樣能量集中于中心。在10％小孔-10X光束擴(kuò)張器系統(tǒng)中，小孔直徑是光束的十分之一。這樣，小孔的面積約為源光束截面積的百分之一。當(dāng)這種10％小孔系統(tǒng)應(yīng)用于準(zhǔn)直光束的典型情況時(shí)，光束的絕大部分能量不能通過(guò)光圈。這種大的能量損失給該系統(tǒng)能夠測(cè)量的光源功率設(shè)定了下限。
在Truax所描述的系統(tǒng)中，從光束擴(kuò)張器返回的測(cè)試光束和參考光束在分束器處合并，并且通過(guò)一系列透鏡組和反光鏡，在攝象機(jī)攝象管處形成干涉圖樣。對(duì)干涉圖樣分析后得到的數(shù)據(jù)反映了源光束對(duì)產(chǎn)生理想波陣面光束的偏差。
Truax所描述系統(tǒng)的缺點(diǎn)是為了對(duì)系統(tǒng)各元件和光源的對(duì)光和安置進(jìn)行檢查和調(diào)整，干涉儀必須重新安排成與測(cè)試狀態(tài)不同的配置。例如，在Truax所述系統(tǒng)中，需要滑入一個(gè)反射鏡以擋住在測(cè)試時(shí)沿法向照射到攝象機(jī)的光束。來(lái)自光源的光束聚焦至針孔所處面的中心。一部分會(huì)聚光束被該面反射并由準(zhǔn)直的透鏡組引導(dǎo)至滑動(dòng)反光鏡反射到攝象機(jī)。
在測(cè)試過(guò)程中，用一個(gè)發(fā)光二極管從反方向照射針孔，然后對(duì)系統(tǒng)各元件進(jìn)行調(diào)整和對(duì)光，這樣針孔的后照明像便覆蓋了由被測(cè)源產(chǎn)生的會(huì)聚點(diǎn)像。當(dāng)對(duì)光完成后，滑動(dòng)反光鏡滑出光路，干涉儀重新形成測(cè)試配置。
在對(duì)光操作時(shí)改變測(cè)試配置具有增加系統(tǒng)復(fù)雜性以及在將系統(tǒng)配置成測(cè)試狀態(tài)時(shí)不能進(jìn)行對(duì)光的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種可調(diào)光學(xué)測(cè)試裝置及系統(tǒng)，其中包括濾光器，可以在提供用于對(duì)光觀測(cè)目的的第二光束的同時(shí)提供相對(duì)消除了象差的第一光束。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種可調(diào)光學(xué)測(cè)試裝置及系統(tǒng)，其中包括具有微反射鏡的干涉儀，用于產(chǎn)生相對(duì)消除了源光束中象差的參考光束。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種可調(diào)光學(xué)測(cè)試裝置及系統(tǒng)，其中包括干涉儀，在對(duì)光操作過(guò)程中該干涉儀的配置不需改變。
用于產(chǎn)生相對(duì)消除了源光束中象差的參考光束的具有微反射鏡的干涉儀可以滿(mǎn)足這些及其他目的。干涉儀用于產(chǎn)生和探測(cè)一個(gè)干涉圖樣并輸出給干涉圖樣分析器。本發(fā)明所述干涉儀從被測(cè)光源接收源光束輸入。所述干涉儀提供一個(gè)分束器，用來(lái)將源光束分離成測(cè)試光束和參考光束。所述干涉儀在測(cè)試光路上放置一個(gè)反射鏡，用于向分束器反射測(cè)試光束。該反射鏡可以相對(duì)于測(cè)試光束作縱向移動(dòng)，用于根據(jù)參考光束位相對(duì)測(cè)試光束位相進(jìn)行改變。
一個(gè)放置于參考光束光路上的微反光鏡向分束器反射一部分參考光束。在參考光路分束器與微反射鏡之間的聚焦裝置，例如一組透鏡，用于將參考光束會(huì)聚到微反射鏡上。該微反射鏡具有一個(gè)其橫向尺寸不超過(guò)由聚焦裝置會(huì)聚的參考光束空間強(qiáng)度分布的中心波瓣橫向尺寸的反射器。微反射鏡的最佳橫向尺寸約為會(huì)聚參考光束空間強(qiáng)度分布中心波瓣橫向尺寸的三分之一。該干涉儀最好包含一個(gè)位于微反射鏡之后的對(duì)光探測(cè)器。
本發(fā)明所述的反射區(qū)小于會(huì)聚參考光束中心波瓣的微反射鏡也用作空間濾光器，用于降低光束的象差影響。
濾光器包括一個(gè)橫向尺寸不超過(guò)會(huì)聚在其上的光束中心波瓣橫向尺寸的反射器。反射器的橫向尺寸最好不超過(guò)會(huì)聚光束中心波瓣橫向尺寸的三分之一。
本發(fā)明也提供了一種濾光方法。光束會(huì)聚在反射-透射平面。光束的中心部分被反射而中心以外部分的光束被透射。中心反射部分的尺寸不超過(guò)會(huì)聚光束空間強(qiáng)度分布中心波瓣的大致橫向尺寸。
反射部分的尺寸最好為光束空間強(qiáng)度分布中心波瓣橫向尺寸的三分之一，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解，反射光束的精確度和強(qiáng)度受所選擇反射部分尺寸的影響。選擇較小的反射部分將得到較好的精確度，也就是得到象差小的參考光束，而選擇較大的反射部分將獲得較高強(qiáng)度的參考光束。
該微反射鏡的功能是作為并提供一個(gè)空間濾光器，該濾光器提供用于與未經(jīng)濾光的入射測(cè)試光束發(fā)生干涉的稱(chēng)作參考光束的反射束部分，同時(shí)提供準(zhǔn)備被對(duì)光觀測(cè)系統(tǒng)接收的透射光束部分。
本發(fā)明所述的濾光方法允許對(duì)光觀測(cè)系統(tǒng)接收一部分過(guò)濾光束。所述方法允許在不改變波陣面測(cè)量系統(tǒng)，例如干涉儀，配置的情況下監(jiān)視其對(duì)準(zhǔn)和對(duì)光調(diào)節(jié)。
根據(jù)本發(fā)明所述干涉儀的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例包括用于將源光束分離為測(cè)試光束和參考光束的分束器，用于探測(cè)干涉圖樣的成象裝置，用于向成象裝置反射測(cè)試光束的置于測(cè)試光路上的反射鏡，用于向成象裝置反射部分參考光束的置于參考光路上的微反射鏡，和用于將參考光束會(huì)聚于微反射鏡上的位于參考光路分束器和微反射鏡之間的聚焦機(jī)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，微反射鏡的橫向尺寸不超過(guò)由聚焦機(jī)構(gòu)會(huì)聚在其上的參考光束中心波瓣的大致橫向尺寸，從而使測(cè)試光束被反射鏡反射，一部分參考光束被微反射鏡反射，這樣被反射的測(cè)試光束和一部分參考光束一起入射到成象裝置并形成可測(cè)量的干涉圖樣。本干涉儀的上述實(shí)施例還可以包括位于微反射鏡后部的對(duì)光探測(cè)器。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一個(gè)用于減小光束中象差效果的空間濾波器。該濾波器包括一個(gè)置于透明基體之上的反射器，該反射器的橫向尺寸不超過(guò)會(huì)聚在其上的光束空間強(qiáng)度分布中心波瓣的大致橫向尺寸。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，公開(kāi)了一種在波陣面測(cè)量系統(tǒng)中濾光的方法。該方法特別地包括以下步驟會(huì)聚光束；反射會(huì)聚光束的第一部分，該第一部分為光束的中心部分，其尺寸不超過(guò)會(huì)聚光束空間強(qiáng)度分布中心波瓣的大致橫向尺寸；透射會(huì)聚光束的第二部分，該第二部分包括位于第一部分會(huì)聚光束之外的部分。
參照附圖通過(guò)對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的描述，本發(fā)明的進(jìn)一步目的以及其他特征和優(yōu)點(diǎn)將明顯地體現(xiàn)出來(lái)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的干涉儀的簡(jiǎn)略框圖；圖2表示了非象差光束和象差光束的空間強(qiáng)度分布曲線(xiàn)；圖3是圖2曲線(xiàn)的對(duì)數(shù)曲線(xiàn)圖。
參照?qǐng)D1，其中表示了用于對(duì)被測(cè)光源“SUT”12進(jìn)行測(cè)量的干涉儀10。入射至干涉儀10輸入的是由被測(cè)光源12發(fā)射的光束14。干涉儀10將來(lái)自對(duì)光攝象機(jī)20的對(duì)光信號(hào)18和來(lái)自條紋攝象機(jī)24的條紋信號(hào)22作為輸出并輸入給波陣面分析器16。在被測(cè)光源內(nèi)有點(diǎn)放射源26，準(zhǔn)直器28，和用于形成光束孔徑以得到被測(cè)光源12發(fā)射光束寬度的出射光瞳30。
在干涉儀10內(nèi)有分束器32，參考光路透鏡34，成象透鏡36，測(cè)試光路反射鏡38，微反射鏡44，適當(dāng)?shù)膶?duì)光圖象信號(hào)變換器，它可以是一個(gè)攝象機(jī)，在本實(shí)施例中是對(duì)光攝象機(jī)20，和條紋圖象信號(hào)變換器，它也可以是例如條紋攝象機(jī)24的攝象機(jī)。
如圖1所示，分束器32將來(lái)自被測(cè)光源12的光束14分成兩束，測(cè)試路光束40和參考路光束42。測(cè)試路光束40經(jīng)過(guò)分束器32到達(dá)測(cè)試路反射鏡38，在那里測(cè)試路光束被反射回分束器32并從那里反射到條紋攝象機(jī)24。被反射的測(cè)試路光束經(jīng)成象透鏡36聚焦，在條紋攝象機(jī)24上形成出射光瞳30的像。參考路光束42經(jīng)過(guò)分束器32，由參考路透鏡34會(huì)聚到微反射鏡44上。分束器32與測(cè)試路反射鏡38之間的距離最好等于分束器32與微反射鏡44之間的距離，這樣可以在從測(cè)試路反射鏡38和微反射鏡44返回的光束與入射到條紋攝象機(jī)24的光束之間互相保持相位平穩(wěn)，并可以形成用于波陣面分析器16分析的干涉條紋。
微反射鏡44只反射會(huì)聚光束中心部分的能量，允許其余能量透過(guò)透明基體46和對(duì)光成象透鏡48到達(dá)對(duì)光攝象機(jī)20。被微反射鏡44反射的參考光束42的一部分50經(jīng)過(guò)參考路透鏡34后變成準(zhǔn)直光束，經(jīng)過(guò)分束器32和將出射光孔30成象于條紋攝象機(jī)24攝象管上的成象光路透鏡36。
對(duì)光攝象機(jī)20與對(duì)光成象透鏡48一起置于微反射鏡44和透明基體46之后。來(lái)自參考路光束42的，透過(guò)透明基體46而未透過(guò)微反射鏡44的光束在對(duì)光攝象機(jī)20上形成帶有陰影的會(huì)聚光斑，其中的陰影部分是微反射鏡44造成的。
從對(duì)光攝象機(jī)20向監(jiān)測(cè)器52發(fā)出對(duì)光信號(hào)18以確定微反射鏡44的合適瞄準(zhǔn)。監(jiān)視器52顯示了會(huì)聚光斑及由微反射鏡44造成的陰影的圖像。觀看顯示屏的操作人員可以通過(guò)調(diào)節(jié)微反射鏡44的位置或者其他包括被測(cè)光源12在內(nèi)的元件來(lái)確保正確瞄準(zhǔn)。水平對(duì)光，和將參考路光束34會(huì)聚到微反射鏡44上。通常將干涉儀10的元件調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，然后再進(jìn)行被測(cè)光源12的瞄準(zhǔn)和對(duì)光調(diào)節(jié)。對(duì)被測(cè)光源12的瞄準(zhǔn)調(diào)節(jié)可以通過(guò)使點(diǎn)光源26相對(duì)于準(zhǔn)直器28作橫向移動(dòng)來(lái)進(jìn)行。從上文的描述可以看出，不需要改變干涉儀10的配置就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光源瞄準(zhǔn)和對(duì)光的觀察和調(diào)節(jié)。微反射鏡44可以采用任何已知工藝來(lái)制成，例如在諸如玻璃的透明基體上進(jìn)行選擇電鍍和光刻。附錄A中列出了可以用來(lái)構(gòu)成本發(fā)明所述的空間濾波器和干涉儀的元件，包括可以購(gòu)買(mǎi)到的項(xiàng)目。
微反射鏡44的作用是從源光束中產(chǎn)生相對(duì)消除了源光束中象差效果的參考光束。下文將參照?qǐng)D2對(duì)微反射鏡大小的選擇進(jìn)行描述。
圖2中，曲線(xiàn)202是消除了象差效果的會(huì)聚光束空間強(qiáng)度分布相對(duì)于橫向坐標(biāo)的函數(shù)關(guān)系曲線(xiàn)。通過(guò)對(duì)非象差光束的瞄準(zhǔn)和對(duì)光，使得強(qiáng)度峰值204出現(xiàn)在中線(xiàn)206上。強(qiáng)度最小值208出現(xiàn)在第一最小點(diǎn)210和212，也稱(chēng)作零級(jí)衍射最小值或者第一零值。非象差光束202的空間強(qiáng)度分布也顯示第二最小點(diǎn)214和216。這些最小點(diǎn)也被稱(chēng)作一級(jí)衍射最小值或者第二零值。
在第一最小點(diǎn)210和212之間的相對(duì)高強(qiáng)度區(qū)定義為強(qiáng)度分布的中心波瓣。中心波瓣的橫向尺寸由第一最小點(diǎn)210和212的間距218定義。通常在諸如會(huì)聚透鏡的孔徑數(shù)值和使用波長(zhǎng)已知的條件下，空間強(qiáng)度分布中心波瓣的橫向尺寸可通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算估出?；蛘?，中心波瓣的橫向尺寸218可以通過(guò)對(duì)相似光源和所使用的特定光學(xué)鏡片的測(cè)量用經(jīng)驗(yàn)公式確定。
側(cè)波瓣220和222分別由第一最小點(diǎn)210、212與第二最小點(diǎn)214、216之間的面積確定。在會(huì)聚的非象差光束中，大部分能量集中在位于第一最小點(diǎn)210和212之間，曲線(xiàn)202以下區(qū)域所確定的中心波瓣。在側(cè)波瓣220和222內(nèi)只有相對(duì)少的能量存在。
曲線(xiàn)230表示的是具有所謂慧星形象差這一特殊類(lèi)型象差的會(huì)聚光束的空間強(qiáng)度分布。此類(lèi)象差造成光束強(qiáng)度不對(duì)稱(chēng)分布，使得分布曲線(xiàn)一定程度地偏向一邊。在另一邊，側(cè)波瓣236比非象差光束側(cè)波瓣220具有相對(duì)高的強(qiáng)度值。因此，慧星形象差光束的側(cè)瓣236比非象差光束的側(cè)瓣220具有更多的能量。圖3是非象差光束302與具有慧星形象差光束304的空間強(qiáng)度分布的對(duì)數(shù)曲線(xiàn)。
象差光束中側(cè)波瓣具有的能量處于光學(xué)系統(tǒng)分辯能力的上限。如果側(cè)波瓣的能量過(guò)大，象差光束將不能會(huì)聚到足夠的程度使光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行正常的分辯。在本發(fā)明中，微反射鏡44作為空間濾光器產(chǎn)生相對(duì)地消除了源光束中象差效果的參考光束。微反射鏡44的尺寸必須滿(mǎn)足能夠反射源光束強(qiáng)度分布中心波瓣所包含的能量，而允許側(cè)波瓣的能量通過(guò)。因此，微反射鏡44應(yīng)具有橫向尺寸不超過(guò)會(huì)聚光束空間強(qiáng)度分布中心波瓣的大致橫向尺寸218的反射器。
從微反射鏡44反射的能量形成相對(duì)消除了象差的參考光束。這樣，在對(duì)來(lái)自被測(cè)光源光束進(jìn)行象差測(cè)量時(shí)，參考光束可用作對(duì)比的基礎(chǔ)。
熟練技術(shù)人員將會(huì)了解光束中選擇被反射的部分決定著反射參考光束的精確度和強(qiáng)度。通過(guò)微反射鏡44在本發(fā)明所述干涉儀中的應(yīng)用，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)光束中欲被反射部分的尺寸應(yīng)這樣選擇，使微反射鏡的橫向尺寸為會(huì)聚光束空間強(qiáng)度分布中心波瓣直徑的三分之一。圖2中間距240表示了這一尺寸。空間強(qiáng)度分布曲線(xiàn)202和具有慧星形象差光束的空間強(qiáng)度分布曲線(xiàn)230的交點(diǎn)242和244也表示了間距240。這表明當(dāng)微反射鏡小于最佳尺寸240時(shí)，側(cè)波瓣236的能量將不會(huì)被反射。
再次參照?qǐng)D1，測(cè)試光路的光束40和參考光路的光束42同時(shí)入射到條紋攝象機(jī)24的攝象管上(圖中未標(biāo)出)，形成一條紋干涉圖。條紋攝象機(jī)24探測(cè)條紋圖象并將其轉(zhuǎn)換成條紋電信號(hào)22進(jìn)一步傳輸給監(jiān)測(cè)器56和波陣面分析器16。監(jiān)測(cè)器56顯示該條紋圖象，該圖象可以用來(lái)監(jiān)測(cè)被測(cè)光源12與干涉儀的對(duì)光和瞄準(zhǔn)。這種設(shè)置可使操作人員能根據(jù)干涉儀10來(lái)糾正被測(cè)光源12對(duì)光和瞄準(zhǔn)過(guò)程中的剩余細(xì)微誤差。波陣面分析器16根據(jù)條紋信號(hào)22繪圖，并參照參考光束的理想波陣面來(lái)測(cè)量被測(cè)光源12的波陣面質(zhì)量。
波陣面分析器16可以是例如個(gè)人電腦的任何計(jì)算機(jī)以及合適的聯(lián)接裝置。來(lái)自條紋攝象機(jī)24的條紋信號(hào)22輸入到視頻信號(hào)數(shù)字轉(zhuǎn)換器(未示出)用來(lái)聯(lián)接到個(gè)人電腦上。從MU Tech可以得到許多例如“M Vision 1000Frame Grabber”的標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用來(lái)將條紋信號(hào)進(jìn)行必需的數(shù)字化從而輸入給個(gè)人電腦。波陣面分析器16中的個(gè)人電腦依據(jù)該數(shù)字化的圖象信號(hào)進(jìn)行操作以產(chǎn)生表示實(shí)際光束與理想?yún)⒖脊馐嚸娌町惖臄?shù)據(jù)。
波陣面分析器16通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換卡(未示出)和壓電轉(zhuǎn)換器(PZT)54來(lái)控制測(cè)試路反射鏡38的位置和移動(dòng)。PZT54用來(lái)在測(cè)試光束40的波傳播方向使測(cè)試路反射鏡38移動(dòng)小于一個(gè)波長(zhǎng)的增量，從而根據(jù)反射的參考光束部分50來(lái)改變測(cè)試光束40的位相。采用這種方式，可以使被測(cè)光源12的波陣面與反射參考光路50的波陣面在數(shù)個(gè)不同位相處發(fā)生干涉，從而得到兩者間差異較為完全的描述。
波陣面分析器16的個(gè)人電腦通過(guò)運(yùn)行軟件提供光束的波陣面測(cè)量數(shù)據(jù)，個(gè)人電腦中裝設(shè)了合適的軟件，可以根據(jù)以標(biāo)準(zhǔn)平面，幾何球面或者柱面?zhèn)鞑サ牟嚸娈a(chǎn)生反映來(lái)自被測(cè)光源12的波陣面變化數(shù)據(jù)。此外，軟件通過(guò)對(duì)數(shù)字化條紋信號(hào)22的處理可以產(chǎn)生以所謂Zemike polynomials數(shù)學(xué)函數(shù)表示的描述光源波陣面變化的數(shù)據(jù)。
例如，參照平面波陣面的測(cè)量數(shù)據(jù)表明了所觀測(cè)波陣面與平面方程Z=Ax+By+C的差別。數(shù)據(jù)同時(shí)表明x和y軸的傾斜；波峰，波谷，和峰-谷值；以及剩余均方根誤差。以平面波陣面為參照的測(cè)量數(shù)據(jù)也包括由于x和y軸傾斜的減法及提取因子的操作引起的觀測(cè)變化。另外，參照球形波陣面的測(cè)量數(shù)據(jù)還包括所觀測(cè)波陣面的球面次方因子。參照柱形波陣面的測(cè)量數(shù)據(jù)包括所觀測(cè)波陣面的象散因子。
雖然通過(guò)一個(gè)最佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)介紹，但應(yīng)了解本發(fā)明不僅限于該具體實(shí)施例。鑒于目前公開(kāi)的是本發(fā)明實(shí)際應(yīng)用的最佳狀態(tài)，因此在不偏離本發(fā)明范圍和精神的條件下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以自行各種改進(jìn)和變化。本發(fā)明的范圍由下文的權(quán)利要求表明，而不是根據(jù)上文的描述。所有在本權(quán)利要求等效的意義及范圍內(nèi)的改動(dòng)，改型及變化均將認(rèn)為屬于本發(fā)明的范圍。
附錄A微反射鏡干涉儀部件表計(jì)算機(jī)PC,PCI總線(xiàn)卡1MU Tech,M-Vision1000FrameGrabber(用于條紋攝象機(jī))1Keithley,DAC-02模擬輸出板(為PZT高壓源提供5伏輸入)攝象機(jī) 2Cohu,1100RS-170,1/2″幀PZT 1Polytec PI,P-241.00,5微米壓電轉(zhuǎn)換器PZT高壓源 1Polytec PI,P-261.20OEM放大器模件光學(xué)元件測(cè)試路反射鏡 1直徑1″，厚度3/8″(安裝于PZT上，移動(dòng)該反射鏡可進(jìn)行位相變化)50/50分束器 1直徑1.5″，厚度3/8″(將光束分束，其1/2給測(cè)試光路，另1/2給參考光路)微反射鏡 1在直徑12.7mm的玻璃盤(pán)上20微米鉻點(diǎn)，耐酸(AR)涂層參考透鏡 1200毫米焦距透鏡(用于將光束聚焦于微反光鏡上)成象透鏡(條紋攝像機(jī)) 1330毫米聚焦透鏡(將激光源孔徑成象于條紋攝象機(jī))成象透鏡(對(duì)光攝像機(jī)) 120倍顯微鏡物鏡(使微反射鏡和參考光路會(huì)聚光束成像，用于使激光源與干涉儀對(duì)光)對(duì)光監(jiān)測(cè)器1標(biāo)準(zhǔn)B&W攝象機(jī)監(jiān)測(cè)器(用于實(shí)時(shí)觀察對(duì)光攝象機(jī)或條紋攝象機(jī))
權(quán)利要求
1．一種通過(guò)比較測(cè)試光束和參考光束來(lái)確定在源光束中的象差的可調(diào)光學(xué)系統(tǒng)，所述的光學(xué)系統(tǒng)包括用來(lái)產(chǎn)生包括象差分量的具有空間強(qiáng)度分布的源光束的測(cè)試光源；用來(lái)處理與所述象差分量相關(guān)的條紋信號(hào)的波陣面分析器；和置于所述測(cè)試光源和波陣面分析器之間的干涉儀，所述的干涉儀包括用來(lái)將所述源光束分成沿測(cè)試光路方向傳播的測(cè)試光束和沿參考光路方向傳播的參考光束的分束器；用來(lái)探測(cè)所述測(cè)試光束和所述參考光束的成像裝置；置于所述測(cè)試光路上的反射鏡，所述的反射鏡用來(lái)將所述測(cè)試光束反射到所述成像裝置上；置于所述參考光路上的微反射鏡，所述的微反射鏡用來(lái)將所述參考光束的中央部分反射到所述成像裝置上并讓所述參考光束的外圍部分由此通過(guò)；用來(lái)收集和探測(cè)所述參考光束的所述外圍部分以便可以相對(duì)所述參考光束的所述中央部分和外圍部分調(diào)整所述微反射鏡的對(duì)光圖像裝置；和置于所述參考光路上的、在所述分束器和所述微反射鏡之間的、用來(lái)將所述參考光束會(huì)聚在所述微反射鏡之上的聚焦裝置，所述微反射鏡的橫向尺寸不超過(guò)由所述聚焦裝置聚焦其上的所述參考光束的中心波瓣的大致橫向尺寸，從而當(dāng)所述測(cè)試光束被所述反射鏡反射且所述參考光束的所述中央部分被所述微反射鏡反射時(shí)，所述被反射的測(cè)試光束和所述參考光束的所述被反射的部分一起入射在所述成像裝置上，在其上形成一個(gè)干涉圖樣，所述的干涉圖樣包括多個(gè)干涉條紋，所述干涉條紋由所述成像裝置轉(zhuǎn)換成所述條紋信號(hào)。
2．如權(quán)利要求1所述的可調(diào)光學(xué)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用來(lái)接收所述條紋信號(hào)的監(jiān)測(cè)器，所述監(jiān)測(cè)器用來(lái)顯示包括所述一組干涉條紋的所述干涉圖樣的圖像，所述圖像使得操作人員可以監(jiān)測(cè)所述源光束對(duì)所述干涉儀的對(duì)光和瞄準(zhǔn)以便對(duì)剩余的細(xì)微誤差進(jìn)行校正。
3．如權(quán)利要求1所述的可調(diào)光學(xué)系統(tǒng)，其中所述對(duì)光圖像裝置包括相鄰于所述微反射鏡設(shè)置的透明基體、對(duì)光圖像透鏡和對(duì)光成像裝置。
4．如權(quán)利要求3所述的可調(diào)光學(xué)系統(tǒng)，其中所述參考光束的所述外圍部分在所述對(duì)光成像裝置上會(huì)聚成一個(gè)光斑，并且所述微反射鏡產(chǎn)生一個(gè)陰影投射在上面，從而探測(cè)到所述的光斑和陰影。
5．如權(quán)利要求4所述的可調(diào)光學(xué)系統(tǒng)，其中所述對(duì)光成像裝置產(chǎn)生一個(gè)與所述光斑和陰影相關(guān)聯(lián)的對(duì)光信號(hào)。
6．如權(quán)利要求4所述的可調(diào)光學(xué)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個(gè)監(jiān)測(cè)器，所述監(jiān)測(cè)器用來(lái)接收所述對(duì)光信號(hào)和顯示所述光斑和陰影的圖像以便觀看所述圖像的操作人員可調(diào)整所述微反射鏡的位置以校正與所述微反射鏡相關(guān)的所述參考光束的瞄準(zhǔn)、水平對(duì)光和會(huì)聚。
7．如權(quán)利要求5所述的可調(diào)光學(xué)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個(gè)監(jiān)測(cè)器，所述監(jiān)測(cè)器用來(lái)接收所述對(duì)光信號(hào)和顯示所述光斑和陰影的圖像以便觀看所述圖像的操作人員可調(diào)整所述微反射鏡的位置來(lái)校正與所述微反射鏡相關(guān)的所述參考光束的瞄準(zhǔn)、水平對(duì)光和聚焦。
8．如權(quán)利要求1所述的可調(diào)光學(xué)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用來(lái)將所述測(cè)試光束和所述反射光束會(huì)聚在所述成像裝置上的圖像透鏡。
9．如權(quán)利要求1所述的可調(diào)光學(xué)系統(tǒng)，其中所述測(cè)試光源包括用來(lái)準(zhǔn)直所述源光束的準(zhǔn)直器，經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直之后的源光束從設(shè)在所述測(cè)試光源上的出射光瞳穿過(guò)。
10．一種通過(guò)比較測(cè)試光束和參考光束來(lái)確定在源光束中的象差的可調(diào)光學(xué)系統(tǒng)，所述的光學(xué)系統(tǒng)包括用來(lái)產(chǎn)生包括象差分量的具有空間強(qiáng)度分布的源光束的測(cè)試光源；用來(lái)處理與所述象差分量相關(guān)的條紋信號(hào)的波陣面分析器；和置于所述測(cè)試光源和波陣面分析器之間的干涉儀，所述的干涉儀包括用來(lái)將所述源光束分成沿測(cè)試光路方向傳播的測(cè)試光束和沿參考光路方向傳播的參考光束的分束器；用來(lái)探測(cè)所述測(cè)試光束和所述參考光束的成像裝置；置于所述測(cè)試光路上的反射鏡，所述的反射鏡用來(lái)將所述測(cè)試光束反射到所述成像裝置上；置于所述參考光路上的微反射鏡，所述的微反射鏡用來(lái)將所述參考光束的一部分反射到所述成像裝置上；置于所述微反射鏡附近，用來(lái)探測(cè)所述象差分量以?xún)?yōu)化其圖像的對(duì)光探測(cè)器；與所述反射鏡工作連接并由所述波陣面分析器控制的壓電轉(zhuǎn)換器，由此所述反射鏡能夠相對(duì)于所述測(cè)試光束的光路移動(dòng)；和置于所述參考光路上的、在所述分束器和所述微反射鏡之間的、用來(lái)將所述參考光束會(huì)聚在所述微反射鏡之上的聚焦裝置，所述微反射鏡的橫向尺寸不超過(guò)由所述聚焦裝置會(huì)聚其上的所述參考光束的中心波瓣的大致橫向尺寸，從而當(dāng)所述測(cè)試光束被所述反射鏡反射且所述參考光束的所述部分被所述微反射鏡反射時(shí)，所述被反射的測(cè)試光束和所述參考光束的所述被反射的部分一起入射在所述成像裝置上，在其上形成一個(gè)干涉圖樣，所述的干涉圖樣包括多個(gè)干涉條紋，所述干涉條紋由所述成像裝置轉(zhuǎn)換成所述條紋信號(hào)。
11．如權(quán)利要求10所述的光學(xué)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用來(lái)將所述測(cè)試光束和所述反射光束會(huì)聚在所述成像裝置上的圖像透鏡。
12．如權(quán)利要求10所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中所述壓電轉(zhuǎn)換器能夠在少于一個(gè)波長(zhǎng)的增量?jī)?nèi)相對(duì)于所述測(cè)試光路移動(dòng)所述反射鏡，因而改變所述測(cè)試光束相對(duì)于所述參考光束的反射部分的相位。
13．如權(quán)利要求12所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中所述測(cè)試光束在所述測(cè)試光束的多個(gè)不同相位上與所述參考光束的反射部分發(fā)生干涉，因而給出了在所述參考光束的反射部分與包含所述象差分量的所述源光束之間的變化的完全的表示。
14．如權(quán)利要求10所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中所述測(cè)試光源包括用來(lái)準(zhǔn)直所述源光束的準(zhǔn)直器，經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直之后的源光束從設(shè)在所述測(cè)試光源上的出射光瞳穿過(guò)。
全文摘要
通過(guò)比較測(cè)試光束和參考光束來(lái)確定在源光束中的象差的可調(diào)光學(xué)系統(tǒng),包括:測(cè)試光源;波陣面分析器;和干涉儀,其包括:將源光束分成測(cè)試光束和參考光束的分束器;成像裝置;反射鏡,將測(cè)試光束反射到成像裝置上;微反射鏡,將參考光束的中央部分反射到成像裝置上并讓參考學(xué)束的外圍部分由此通過(guò);用來(lái)收集和探測(cè)參考光束的所述外圍部分的對(duì)光圖像裝置;和將參考光束會(huì)聚在微反射鏡之上的聚焦裝置,微反射鏡的橫向尺寸不超過(guò)由聚焦裝置聚焦其上的參考光束的中心波瓣的大致橫向尺寸。
文檔編號(hào)G01J3/45GK1210975SQ9811554
公開(kāi)日1999年3月17日 申請(qǐng)日期1998年7月1日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月7日
發(fā)明者伊凡·普里克里爾, 霍利斯·奧尼爾·霍爾Ii 申請(qǐng)人:迪維安公司