[发明专利]一种被测面可旋转的相移干涉仪及测量方法

说明书

本发明公开了一种被测面可旋转的相移干涉仪及测量方法；相移干涉仪包括激光发射器、准直镜、分光器、参考镜面、被测物、凸透镜、镜面旋转器和CCD相机，所述激光发射器、准直镜、分光器、被测物分布与同一轴线上，所述参考镜面和成像镜头分布于分光器的前测和后测，所述镜面旋转器位于被测物底部；通过旋转被侧面的角度达到相移的目的，而不使用传统的相移器，物体无需在轨道上移动，如此便可以节省空间，使干涉仪不在受到长度的限制。

技术领域

本发明涉及一种光学干涉仪器，具体涉及一种被测面可以旋转的相移干涉仪及测量方法。

背景技术

相移干涉测量技术是光学表面面形检测的重要手段之一。通常，相移方法可以分为两类：硬件相移和变频相移。变频相移干涉是通过光源频率的改变来实现相位调制，其光源采用波长可调谐激光器。硬件相移一般都是通过压电陶瓷来驱动参考镜作轴向移动调制两相干光的相位差，从而实现对相位的调制。

相移干涉测量技术是使相干的两个波面中的一个波面作阶梯式或连续变化，形成干涉条纹。用摄像机或CCD相机获取干涉场中各点的光强，在每一测量点处，相位差的变化使干涉场的光强值发生对应变化(构成光强方程组)，通过解光强方程组得到该测量点处的相位值,从而求出待测波面的相位信息或波面面形。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种被测面可以旋转的相移干涉仪及测量方法。

一种被测面可以旋转的相移干涉仪，包括激光发射器、准直镜、分光器、参考镜面、被测镜面、凸透镜、镜面旋转器和CCD相机，其特征在于：所述激光发射器、准直镜、分光器、被测镜面分布与同一轴线上，所述参考镜面和成像镜头分布于分光器的前测和后测，所述镜面旋转器位于被测镜面处；激光发射器的出射光线入射到准直镜，准直镜出射的准直光线通过分光器，一部分光线透射过分光器到达被测镜面，另一部分光线由分光器将其反射到参考镜面，这两束光线都由镜面反射回分光器；参考镜面反射回来的光线透射过分束器，测试面反射回的光线经分光器将其反射，此时，这两束光形成干涉，并穿过凸透镜将光线汇聚到CCD相机；其中镜面旋转器旋转调节被测镜面与垂直面之间的角度；所述的被测镜面为单面反射镜面。

作为优选，所述激光发射器是为发射激光为波长为632.8nm的单模激光器。

作为优选，所述镜面旋转器旋转调节被测镜面与垂直面的角度θ，所述夹角θ的范围为-90°到90°。

一种被测面可以旋转的相移干涉仪的测量方法；该方法具体如下：

步骤一：旋转m次镜面旋转器，得到m幅相移的干涉光强I_hm及被测镜面的相移量δ_h；

其中无相移的干涉图光强的表达式为：

式中A为背景光强，B为光强条制度，为被测物体的波前相位；

被测镜面的相移量δ_h的表达式为：

δ_h＝h*tan(θ),

式中h表示被测镜面不同位置相对于最底部的高度值，因此在旋转一个θ角后，其相移量在不同高度处时不一样的，需要对每一个高度的波前相位单独求解；

其相移后的干涉图光强表达式为：

式中m表示被测物体第m次旋转，为第m次旋转后不同高度的光强，是第m次旋转后的被测面某一高度的相移；

步骤二：将得到的4幅干涉条纹图，通过最小二乘的算法，计算出其被侧面形的波前相位

将相移后的干涉图光强表达式展开，得：