[发明专利]一种大数值孔径光学自由曲面点衍射零位干涉检测系统

说明书

本发明涉及一种大数值孔径光学自由曲面点衍射零位干涉检测系统，本发明采用锥形光纤产生高质量的大数值孔径测试波前和参考波前，在参考光路和测试光路分别使用旋转对称光栅、动态反射镜定量的补偿光学自由曲面中的像差成分，实现自由曲面的零位测量，通过解调干涉图得到自由曲面的面形误差。

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，特别是一种大数值孔径光学自由曲面点衍射零位干涉检测系统。

背景技术

光学自由曲面是指不具有旋转对称性的、不规则的光学曲面。在1954年，美国的Luis W.Alvarez将光学自由曲面应用到医学中的眼科变焦镜头(Alvarez,Luis W.Two-element variable-power spherical lens.U.S.Patent No.3,305,294.21Feb.1967.)，这是光学自由曲面首次在成像光学系统中的应用。随着国防技术、航空航天、空间遥感等技术的飞速发展，光学自由曲面作为其中的关键部件，受到越来越多的关注。

相比于传统的球面、非球面光学元件，光学自由曲面具有更多的优点。在光学成像领域，光学自由曲面可以减小成像系统的像差，成像质量得到大幅度的提高；大大缩减了系统的光路结构，使光学系统布局更加灵活轻便。

光学自由曲面越来越多的应用对精度也提出了很高的要求。当前，测量光学自由曲面精度的方法有很多。干涉测量方法是检测光学自由曲面一种比较常用的方法。其中，干涉检测方法又分为零位检测法和非零位检测法。零位检测法是在光路中设计可以补偿自由曲面法线像差的补偿器，经过补偿器的补偿后，可以得到理想形状的波前。例如CGH(计算全息组)，1971年，CGH首次应用于非球面的检测(MacGovern,Alan J.,and James C.Wyant.Computer generated holograms for testing optical elements.Applied optics10.3(1971):619-624.)。理想波前经过CGH透过后，传播到被测面形成和被测面面型一致的波前，经被测面反射后原路返回；零位检测精度较高，但是需要设计专门的补偿器。非零位检测法不采用零位条件，被测量面的形状和参考面不是完全一致的，测试光经被测自由曲面反射后不能按照原光路返回，导致理论值和真实值存在偏差，产生回程误差。非零位检测比较灵活，但是具有一定的误差。

中国专利文献CN108592820A公开了一种基于动态波前调制结合计算全息片的干涉面形检测方法，用于解决大梯度变化的光学自由曲面元件面形高精度检测的问题。本发明将待测光学自由曲面元件的面形分为两部分：非球面面形和剩余自由曲面面形。其中非球面面形通过在测试光路中放置的CGH生成一个旋转对称非球面波前，补偿该待测自由曲面元件的非球面变化部分。而剩余自由曲面面形通过在参考光路中放置的纯相位型反射式空间光调制器动态调制补偿。但是，该专利只能检测同一非球面基底的光学自由曲面，检测动态范围有限；该专利采用传统的泰曼格林干涉检测装置，无法实现大数值孔径光学自由曲面面形的高精度测量；该专利利用传统的球面透镜组产生球面光，测量精度不高。

针对大数值孔径的光学自由曲面，目前还没有一种具体的检测方法。

发明内容

针对现有光学自由曲面干涉检测技术的不足，为了测量大数值孔径光学自由曲面，本发明提供了一种大数值孔径光学自由曲面点衍射零位干涉检测系统；

本发明采用锥形光纤产生高质量的大数值孔径测试波前和参考波前，在参考光路和测试光路分别使用旋转对称光栅、动态反射镜定量的补偿光学自由曲面中的像差成分，实现自由曲面的零位测量，通过解调干涉图得到自由曲面的面形误差。

本发明的技术方案为：