[发明专利]基于空间光调制器参考面的非球面干涉测量系统及方法

摘要

本发明公开的基于空间光调制器参考面的非球面干涉测量系统及方法，涉及一种用于测量非球面面形的干涉测量系统及方法，属于光电检测领域。本发明的测量系统包括激光器、准直物镜、分光镜、参考镜、补偿器、待测非球面、成像物镜、CCD探测器。使用SLM作为非球面干涉测量系统的参考镜，定义为SLM参考镜。本发明还公开利用非球面干涉测量系统实现的测量方法。本发明公开要解决的技术问题为：产生与部分补偿后的非球面波前相等的非平面波前，实现零干涉测量，在继承部分补偿法对补偿器设计制造精度要求低的优点的同时，保留零补偿干涉测量法精度高的优点，此外还能够避免传统干涉测量系统中机械移相误差的引入。

主权项

1.基于空间光调制器参考面的非球面干涉测量方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一：建立基于空间光调制器参考面的非球面干涉测量系统，通过光线追迹计算出测试光束的波前像差；所述非球面干涉测量系统，包括激光器(4)、准直物镜(3)、分光镜(6)、参考镜(5)、部分补偿器(7)、待测非球面(8)、成像物镜(2)、CCD探测器(1)；使用SLM作为非球面干涉测量系统的参考镜，定义为SLM参考镜(5)；激光器(4)发出的激光经准直物镜(3)后形成的平行光投射到分光镜(6)上，经分光镜(6)后分成两支光束；一支光束经SLM参考镜(5)后返回到分光镜(6)，该支光束定义为参考光束，在参考光束中，SLM参考镜(5)对准直物镜(3)准直后形成的平行光进行相位调制，使得SLM参考镜(5)对参考光束波前的相位调制量与测试光束的波前像差相等；仅当SLM参考镜(5)调制量不足时，在测试光路中加入部分补偿器(7)来对非球面(8)产生的像差进行部分补偿；另一支光束经过部分补偿器(7)到达待测非球面(8)，经待测非球面(8)反射后携带待测非球面(8)面形误差信息经部分补偿器(7)回到分光镜(6)，定义为测试光束；参考光束和测试光束经分光镜(6)汇合，在分光镜(6)处发生干涉，形成干涉条纹，经成像物镜(2)在CCD探测器(1)处进行采集；使用SLM参考镜(5)调制参考光束的同时对参考光束引入多次相位调制完成移相，并采集多幅干涉图，通过移相算法解算得到被测非球面(8)的面形误差；步骤二：求解SLM参考镜(5)的目标调制量，使得SLM参考镜(5)的目标调制量与步骤一求解出的测试光束波前像差量值相等；步骤三：根据步骤二求解出的目标调制量，计算出SLM参考镜(5)需加载的调制灰度图；步骤四、判断SLM参考镜(5)的目标调制量是否超出SLM参考镜(5)的调制能力；当SLM参考镜(5)的目标调制量未超出SLM参考镜(5)的调制能力时，即待测非球面(8)接近平面或曲率半径较大时，按照步骤三所述方法计算SLM参考镜(5)需加载的调制灰度图；当SLM参考镜(5)能产生的最大像差小于参考光束的目标调制量时，在待测非球面(8)前插入部分补偿器(7)，对测试光束进行部分补偿从而减小SLM参考镜(5)的目标调制量；计算测试光束部分补偿后的波前像差量值，若该量值仍大于SLM参考镜(5)的最大调制量，继续调整部分补偿器(7)，直至SLM参考镜(5)的最大调制量能够满足调制目标为止；根据部分补偿后的剩余波前量值求解出SLM参考镜(5)的目标调制量，进而计算调制灰度图；步骤五：在SLM参考镜(5)上加载计算出的调制灰度图，实现SLM参考镜(5)对参考光束的相位调制；步骤六：控制SLM参考镜(5)对参考光束进行多次移相，并采集多幅移相干涉图；通过移相算法解算得到被测非球面(8)的面形误差；使用SLM参考镜(5)对干涉测量系统进行移相，能够避免机械移相结构的使用，提高系统稳定性。