[发明专利]基于空间光调制器参考面的非球面干涉测量系统及方法

说明书

本发明公开的基于空间光调制器参考面的非球面干涉测量系统及方法，涉及一种用于测量非球面面形的干涉测量系统及方法，属于光电检测领域。本发明的测量系统包括激光器、准直物镜、分光镜、参考镜、补偿器、待测非球面、成像物镜、CCD探测器。使用SLM作为非球面干涉测量系统的参考镜，定义为SLM参考镜。本发明还公开利用非球面干涉测量系统实现的测量方法。本发明公开要解决的技术问题为：产生与部分补偿后的非球面波前相等的非平面波前，实现零干涉测量，在继承部分补偿法对补偿器设计制造精度要求低的优点的同时，保留零补偿干涉测量法精度高的优点，此外还能够避免传统干涉测量系统中机械移相误差的引入。

技术领域

本发明涉及一种用于测量非球面面形的干涉测量系统及方法，属于光电检测领域。

背景技术

非球面是对偏离球面的曲面的总称。在光学系统中使用非球面光学元件，不仅能增加光学设计的自由度，有利于像差校正、改善像质、提高光学系统性能，而且能够减少光学元件的数量和重量，简化仪器结构，大大减少系统的尺寸和重量，降低成本。但由于非球面检测的困难，使得非球面的加工精度一直不能够得到保证，研究高精度、简单实用的非球面检测技术目前还是光学检测领域的一大难题。

当前，非球面一般主要采用轮廓测量法和干涉测量法进行检测。轮廓测量法大多采用接触式的测量方式，直接测量非球面的矢高；而后利用非球面的方程，减去非球面的轮廓线，从而得到非球面的面形轮廓线。但是，由于此种方法大部分采用接触测量，是逐点获得被测面上的数据，因此测量的效率较低，并且容易损伤被测面。干涉测量法是测量光学元件面形的重要方法。此方法因其灵敏度高、测量准确度高、可实现非接触测量等优点，得到了广泛的应用。

目前干涉测量法中最常用的是补偿法测量，即设计补偿器补偿非球面产生的像差，将非球面的检测转化为平面或者球面面形的检测。补偿法检测非球面的核心部件是补偿器,补偿器能否成功设计是补偿法能否实施的第一关键。常用的零补偿测量方法，检测精度很高，补偿器完全补偿被测面像差，但零补偿器设计加工难度大，而且每测量一种非球面，就要专门设计一种零补偿器，费时费力。部分补偿法可以实现一个补偿器对应多个非球面进行检测，补偿器仅部分补偿被测面像差，降低了补偿器设计制作的难度，但由于剩余像差的存在，检测精度远低于零补偿法，目前只限于检测低精度、低非球面度的非球面。

非球面干涉测量法存在以下难点：

首先在于补偿器的设计和加工，高精度的补偿器成本高制作困难，容易制作的补偿器检测精度又会降低，因此研究一种较为方便快捷、同时又具有较高检测精度的非球面面形检测方法是目前光学工作者的一项重要任务。

此外，常规的干涉测量系统还需要采用移相技术，采集多幅相位变化的干涉图，用移相算法解出被测波面的相位分布。在常规的干涉测量系统中，常使用机械移相的方式，而引入的机械结构的振动、重复性、非线形等移相误差会直接影响干涉测量的精度。

空间光调制器即Spatial Light Modulator(SLM)，是一种对光波空间分布进行调制的器件。空间光调制器由许多独立的调制单元(或者称“像素”)组成，以一维或二维阵列的形式排列在器件上，且每个像素都可以单独地接受光信号或电信号控制，按照信号的驱动对空间分布的光波信号进行调制作用。即在信号源信号的控制下，对光波的某种或某些特性(如相位、振幅或强度、频率、偏振态等)的一维或二维分布进行空间和时间的变换或调制，从而对照射在其表面上的入射光波进行调制。

发明内容

针对现有干涉测量技术中存在下述技术问题：(1)高精度的补偿器成本高制作困难，容易制作的补偿器检测精度低；(2)由于使用机械移相装置而引入机械移相误差。本发明公开的基于空间光调制器参考面的非球面干涉测量系统及方法要解决的技术问题为：产生与部分补偿后的非球面波前相等的非平面波前，实现零干涉测量，在继承部分补偿法对补偿器设计制造精度要求低的优点的同时，保留零补偿干涉测量法精度高的优点，此外还能够避免传统干涉测量系统中机械移相误差的引入。