[发明专利]一种瞬态数字莫尔移相干涉测量装置和方法

权利要求书

1.一种瞬态数字莫尔移相干涉测量装置，其特征在于：其包括：光源(1)、第一分光镜(2)、参考镜(3)、偏振光栅(4)、被测镜(5)、λ/4波片(6)、第二分光镜(7)、第一线偏器(8)、第一成像物镜(9)、第一相机(10)、第二线偏器(11)、第二成像物镜(12)和第二相机(13)；

光源出射单色线偏振光，偏振方位角为45°，经过第一分光镜分光后，一部分被反射至参考镜表面，一部分透射至偏振光栅，入射参考镜表面的单色线偏振光经参考镜反射后，作为参考光进入第二分光镜，由于其偏振方位角为45°，故一半透过第二分光镜，一半被第二分光镜反射，入射偏振光栅的单色线偏振光被偏振光栅的分光性能分为+1级左旋圆偏振衍射光作为第一光束和-1级右旋圆偏振衍射光作为第二光束，两束光分别与入射光成大小相等方向相反的两个夹角，频率分别为f_R1、f_R2的不同空间载波入射被测镜表面，并被其反射至λ/4波片，经过λ/4波片后，第一光束和第二光束被转化为偏振方向正交的两束线偏振光，两者均到达第二分光镜，其中一束光被第二分光镜完全反射，与上述经参考镜反射后透过第二分光镜的部分共同经过偏振方位角为45°的第一线偏器后产生第一干涉光；另一束光完全透过第二分光镜，与上述经参考镜反射后被第二分光镜反射的部分共同经过偏振方位角为45°的第二线偏器后产生第二干涉光；第一干涉光经第一成像物镜会聚后进入第一相机，得到一号干涉图，第二干涉光经第二成像物镜会聚后进入第二相机，得到二号干涉图，根据λ/4波片的摆放位置决定一号干涉图为第一干涉图或第二干涉图，二号干涉图为第一干涉图和第二干涉图中的另外一个。

2.根据权利要求1所述的瞬态数字莫尔移相干涉测量装置，其特征在于：所述光源出射单色线偏振光，偏振方位角为45°，具体波长根据实际测量情况决定，光束口径根据被测面上被测范围口径进行选择。

3.根据权利要求2所述的瞬态数字莫尔移相干涉测量装置，其特征在于：所述第一分光镜为非偏振分光镜，其工作波长范围根据光源进行选择，其通光口径根据被测面上被测范围口径进行选择。

4.根据权利要求3所述的瞬态数字莫尔移相干涉测量装置，其特征在于：所述参考镜具体面形及表面平整度根据实际测量情况决定，其口径不小于被测面上被测范围口径。

5.根据权利要求4所述的瞬态数字莫尔移相干涉测量装置，其特征在于：所述偏振光栅为较大周期光栅，线偏振光入射后分光得到的两束衍射光间夹角较小，使其载波大小保证剩余波前带宽在限制范围之内；其工作波长根据光源进行选择，其口径根据被测面上被测范围口径进行选择。

6.根据权利要求5所述的瞬态数字莫尔移相干涉测量装置，其特征在于：所述被测镜为平面、球面或非球面。

7.根据权利要求6所述的瞬态数字莫尔移相干涉测量装置，其特征在于：所述λ/4波片，其快轴方向保证经过左旋圆偏振光和右旋圆偏振光中的一种经过该波片后转换成的线偏振光不可透过第二分光镜、另一种经过该波片后转换成的线偏振光不可被第二分光镜反射，其口径根据被测面上被测范围口径进行选择。

8.根据权利要求7所述的瞬态数字莫尔移相干涉测量装置，其特征在于：所述第二分光镜为偏振分光镜，p方向偏振光与s方向偏振光中的一种全部透过第二分光镜，另一种全部被第二分光镜反射；其口径根据被测面上被测范围口径进行选择。

9.根据权利要求8所述的瞬态数字莫尔移相干涉测量装置，其特征在于：所述第一线偏器及第二线偏器，偏振方向均与p方向或s方向成45°，其口径根据被测面上被测范围口径进行选择；所述第一成像物镜及第二成像物镜具有相同的参数及指标其焦距根据允许距离范围选择，其成像质量综合测量精度要求及相机参数进行选择，其工作波长根据光源进行选择，其口径根据偏振光栅的出射光口径进行选择；所述第一相机及第二相机具有相同参数及指标，其性能根据测量精度要求进行选择，其工作波长范围根据光源进行选择，其像面尺寸综合偏振光栅的出射光口径及成像物镜参数进行选择。

10.根据权利要求1所述的瞬态数字莫尔移相干涉测量装置的测量方法，其特征在于：其包括以下步骤：

(1)构建虚拟干涉测量装置，在像面上得到理想系统剩余波前

(2)根据虚拟干涉测量装置构建实际干涉测量装置；

(3)通过偏振光栅的分光性能，将+1级衍射光和-1级衍射光分别作为频率为f_R1、f_R2的不同空间载波，再利用偏振分光棱镜的偏振分光特性将两束干涉光分离，一次性采集获得两幅干涉图，加载空间载波f_R1获得的干涉图定义为第一干涉图，加载空间载波f_R2获得的干涉图定义为第二干涉图；

(4)采用基于两步载波拼接法的数字莫尔移相干涉测量方法，求解完整的无错误的被测面形，实现对被测面形的测量。