[发明专利]一种基于旋转CGH的非圆柱面干涉拼接测量系统及方法

权利要求书

1.一种基于旋转CGH的非圆柱面干涉拼接测量系统，其特征在于，包括菲索平面干涉仪(1)、CGH柱面波转换器(2)、待测非圆柱面(3)、非圆柱面调整装置(4)和精密转台(5)；所述菲索平面干涉仪(1)用于产生平面波；所述CGH柱面波转换器(2)用于将平面波衍射成柱面波前，CGH柱面波转换器(2)安装在精密转台(5)上，并位于菲索平面干涉仪(1)和待测非圆柱面(3)之间；所述精密转台(5)用于控制CGH柱面波转换器(2)转动，使CGH柱面波转换器(2)绕着自身的中心轴线旋转；所述待测非圆柱面(3)安装在非圆柱面调整装置(4)上，所述非圆柱面调整装置(4)为一个五自由度的调整机构,用于调整待测非圆柱面(3)的空间位置，包括三个转动和二个直线运动；所述菲索平面干涉仪(1)的光轴与CGH柱面波转换器(2)的光轴重合；调整非圆柱面调整装置(4)使待测非圆柱面(3)的最佳拟合圆柱轴线与CGH柱面波转换器(2)衍射的柱面波前的焦轴线重合。

2.根据权利要求1所述的基于旋转CGH的非圆柱面干涉拼接测量系统，其特征在于，所述菲索平面干涉仪(1)发出的平面波经CGH柱面波转换器(2)形成柱面波前入射到待测非圆柱面(3)，经过待测非圆柱面(3)反射后再次通过CGH柱面波转换器(2)，最后返回菲索平面干涉仪(1)内部与参考光干涉形成干涉图；其中，通过改变CGH柱面波转换器(2)的旋转角度，产生大小和形状可变的非圆柱波前。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的基于旋转CGH的非圆柱面干涉拼接测量系统的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1)、根据待测非圆柱面的理论面形轮廓确定CGH柱面波转换器的F/数，划分子孔径；所述F为CGH柱面波转换器的后焦距和光圈直径的比值；

S2)、根据子孔径的理论面形轮廓计算子孔径的名义运动量，所述子孔径的名义运动量是根据子孔径的理论面形轮廓采用最小二乘拟合获得最佳拟合圆柱的轴线位置参数；

S3)、根据子孔径的名义运动量调整待测非圆柱面和CGH柱面波转换器的姿态，获得可解析的干涉图；

S4)、根据CGH柱面波转换器的转动量，确定剩余像差的名义值，从而获取子孔径的面形误差数据；所述剩余像差的名义值为理论面形轮廓减去旋转CGH柱面波转换器产生的像差后残余的像差；所述面形误差数据为实际面形相对理论面形轮廓的偏差；

S5)、通过圆柱拼接算法和柱面干涉拼接算法进行拼接处理，获得待测非圆柱面的全口径面形误差。

4.根据权利要求3所述的基于旋转CGH的非圆柱面干涉拼接测量系统的测量方法，其特征在于，步骤S1)具体过程如下：

首先，待测非圆柱面的理论面形轮廓通过透镜厂家提供的设计值求得，具体计算公式如下：

其中Z表示待测非圆柱面的矢高；k表示二次曲面常数；Y表示垂直于非圆柱面轴线方向的水平坐标，Y∈[-D/2,D/2]，D表示待测非圆柱面透镜通光孔径的宽度；R表示非圆柱面的顶点曲率半径；A₄，A₆，…，A₁₄表示非圆柱面系数；

其次，根据待测非圆柱面的理论面形轮廓计算最佳拟合圆柱的半径R_bfc：

其中，h表示矢高Z的最大值；然后通过如下公式获得非圆柱面度：

所述非圆柱面度记为C_f，所述非圆柱面度为待测非圆柱面与最佳拟合圆柱的偏差；

接着，计算非圆柱面度的斜率，确定斜率的最大值点和最小值点，所述最大点记为A，所述最小点记为B；在AB区间内确定一点，记为M，点M与点B之间对应的面形记为S_MB,使得S_MB的理论面形轮廓与其最佳拟合圆柱的偏差在菲索平面干涉仪的动态测量范围内，此时的最佳拟合圆柱记为C_MB；

最后，根据MB的长度和最佳拟合圆柱C_MB的半径确定CGH柱面波转换器的F/数，根据F/数和重叠系数C_o划分子孔径；所述重叠系数为相邻子孔径间重合区域与单个子孔径所占区域的比值，设定C_o＝0.3。