[发明专利]光学自由曲面自适应非零位干涉检测系统

权利要求书

1.光学自由曲面自适应非零位干涉检测系统，其特征在于：包括非零位干涉检测系统、自适应数据处理与控制系统，其中：

非零位干涉检测系统包括稳频激光器、准直系统、分束器、参考平面镜、成像镜、探测器、可变形反射镜DM、反射镜、消球差镜；所述准直系统、分束器、可变形反射镜DM依次设置在稳频激光器出射光的光路上，参考平面镜设置在分束器垂直于稳频激光器出射光光路方向上的一侧，成像镜、探测器依次设置在分束器垂直于稳频激光器出射光光路方向上的另一侧，且探测器与自适应数据处理与控制系统连接，反射镜与可变形反射镜DM平行设置，消球差镜设置在反射镜的反射光路上，消球差镜透射光路上设有被测自由曲面；稳频激光器的出射光经准直系统准直后入射至分束器，部分光被分束器反射至参考平面镜后沿原路返回至分束器形成参考波，其余部分光透射过分束器后入射至可变形反射镜DM，再经可变形反射镜DM、反射镜依次反射以及消球差镜透射后入射至被测自由曲面，最后经被测自由曲面反射后沿原路返回至分束器形成检测波，参考波与检测波在分束器发生干涉，干涉图像经成像镜成像至探测器，并由探测器将干涉图像输出至自适应数据处理与控制系统；

自适应数据处理与控制系统包括理论面形分解模块、系统光线追迹模块、DM形变控制模块、干涉图匹配处理模块、被测波前拟合模块和回程误差校正模块；其中理论面形分解模块将自由曲面理论面形进行Zernike多项式拟合以得到Zernike系数，并将Zernike系数输出至系统光线追迹模块；光线追迹模块输出相应的DM形变参数，进入DM形变控制模块；DM形变控制模块根据Zernike系数控制非零位干涉检测系统中的可变形反射镜DM出现相应的形变，提供补偿自由曲面的低阶像差，实现非零位检测；干涉图匹配处理模块接收非零位干涉检测系统中探测器输出的干涉图像，并将该干涉图与光线追击模型中的干涉图进行匹配，并处理得到被测面波前数据，被测面波前数据被输出至被测面波前拟合模块；被测面波前数据经被测面波前拟合模块Zernike拟合处理后得到调整误差，若调整误差小于设定阈值，则被测面波前拟合模块输出被测波前Zernike系数到回程误差校正模块中，进行回程误差校正；若调整误差大于设定阈值，则被测面波前拟合模块将调整误差输出至DM形变控制模块，DM形变控制模块重新控制非零位干涉检测系统中的可变形反射镜DM出现相应的形变，以补偿该调整误差，直至调整误差小于设定阈值，再由被测波前拟合模块输出被测波前Zernike系数到回程误差校正模块中，最终输出面形误差。

2.根据权利要求1所述的光学自由曲面自适应非零位干涉检测系统，其特征在于：可变形反射镜的形变由系统光线追迹模型提供反馈式控制，通过对被测面形的Zernike矢高分解，提取其中的低阶项，通过系统光线追迹得到需要补偿这些低阶Zernike像差所需要的被测面形变。

3.根据权利要求1所述的光学自由曲面自适应非零位干涉检测系统，其特征在于：通过对实际实验所得波前的调整误差系数判别，由系统光线追迹模型对可变形镜进行反馈式控制，补偿被测自由曲面调整误差。

4.根据权利要求2所述的光学自由曲面自适应非零位干涉检测系统，其特征在于：干涉图匹配处理模块通过辨别光线追迹模型得到的干涉图像和非零位干涉检测系统中探测器所接收到的干涉图像的差异判断实验与光线追迹模块中的自由曲面旋转位姿差异，其方法为将两个干涉图像进行叠加，并判别二者叠加所得的莫尔条纹数，当莫尔条纹数小于设置的阈值时，则认为两干涉图像一致，此时认为系统光线追迹模型和非零位干涉检测系统中的自由曲面旋转位姿一致，否则重新调整光线追迹模块中的自由曲面旋转位姿，直至叠加莫尔条纹数小于阈值。