[发明专利]一种用于点衍射测量系统的多波长干涉相位检测方法

说明书

本发明公开了一种用于点衍射测量系统的多波长干涉相位检测方法，包括分别发出红、绿、蓝色光的三个激光器、三个激光器分别经过稳频合束单元合并为一束，再经过汇聚透镜汇聚到针孔衍射板上，衍射产生的高精度球面波分作检测波面和参考波面两部分，检测波面为被测件反射至针孔衍射板，由针孔衍射板再次反射而与参考波面干涉，两相干光形成的干涉图像经成像镜组为3CCD所采集，3CCD与计算机连接，通过红绿蓝三个激光同时进行衍射干涉，并同时获取三幅干涉图像，由迭代的方法求解干涉图像，并用统计的方法和中国余数定理获取迭代初值，最终得到相位。保持了点衍射法自针孔后光路简单的优点，且由于多幅干涉图于同一时间获得，因而具有抗振性能。

技术领域

本发明属于光干涉方法的面形测量技术领域，具体涉及一种抗振的、免于使用专门的移相器件的相位获取方法，尤其是一种用于点衍射测量系统的多波长干涉相位检测方法。

背景技术

制造大口径、高精度、大偏移量高精度的非球面需要更高精度的检测方法和设备，传统的菲索干涉仪或泰曼格林干涉仪的测量精度受到其所采用的实物标准镜头制造精度的限制，测量精度无法进一步提高。点衍射干涉测量方法通过微米级小孔衍射可形成具有超高精度的衍射球面波(球面误差<λ/10⁵)作为参考波面，摆脱了实物标准镜头的制造精度对测量精度的限制，测量精度能够达到纳米甚至亚纳米级。

点衍射干涉测量是由采集的干涉图像求解最终非球面面型偏差，而用一幅干涉图像难以高精度提取相位信息来恢复面型，因此需要获得多幅具有不同相移的干涉图像来构建多个方程以获得相位并得出面形偏差。在点衍射系统中通常采用PZT(Piezo-electrictransducer，压电陶瓷相移器)带动被测件进行多步移相，采集多幅相移干涉图，然后再使用相位解包算法获得实际相位。然在测量大口径非球面镜时，镜子自重会超出PZT的负载范围，造成相移实现困难。此外，测量中很难机械隔离开被测镜与测试光路的支撑系统，振动的误差很难控制且不可忽视，从而导致最终的相位检测偏差，在高精度的检测中，这种误差是不可忽视的。

实现移相的方法通常可以分为时域移相和空域移相两种，时域移相的方法如：PZT法，变波长法，光栅移相等，其干涉图像都是在同一位置于不同时刻引入相移来获得多幅干涉图像来求取相位的，由于每时刻的环境振动条件都不相同，因此不能避免振动带来的精度误差。另外，除变波长法以其光源(可调谐激光器)作为移相单元，其他的几种方法都需要使用专门的移相器件，因此相位获得受到其移相单元(器件)的精度和使用条件的限制。空域移相类方法是于单次采集同时获得多幅干涉图像，即在同一时间不同空间位置的干涉图像，各个图像的生成时的环境条件是一致的，因而对于环境因素具有很好的抗干扰能力。实现空间移相的方法多为波片、偏振片以及光栅等构成移相单元。美国4D公司的PhaseCam动态菲索干涉仪使用全息光学元件和由相位掩模板，微偏振传感器阵列构成的空间移相单元将光束一分为四，实现相位的空间调制，并于单个CCD上同时获得四幅独立的干涉图。这类方法都需要复杂的光学器件构成移相单元，而对于点衍射干涉检测法，其能够保证高精度的检测，一方面在于其高精度衍射球面波，另一方面就在于其自衍射针孔后的光路非常简单，除置于CCD前的必要的成像器件外，并无其他光学元件，而加入其他的器件都会引入额外的误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种用于点衍射测量系统的多波长干涉快速相位检测方法，保持了点衍射法自针孔后光路简单的优点，且由于多幅干涉图于同一时间获得，因而具有抗振性能。

本发明采用以下技术方案：