[發明專利]基于空間光調制器參考面的非球面干涉測量系統及方法

有效

• 申請號: 201710340721.0
• 申請日: 2017-05-16
• 公開（公告）號: CN107421436B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 郝群;寧妍;胡搖;張馨木
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01B9/02
• 分類號: G01B9/02
• 代理公司: 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 毛燕

1.基于空間光調制器參考面的非球面干涉測量方法，其特征在于：包括如下步驟，

步驟一：建立基于空間光調制器參考面的非球面干涉測量系統，通過光線追跡計算出測試光束的波前像差；

所述非球面干涉測量系統，包括激光器(4)、準直物鏡(3)、分光鏡(6)、參考鏡(5)、部分補償器(7)、待測非球面(8)、成像物鏡(2)、CCD探測器(1)；使用SLM作為非球面干涉測量系統的參考鏡，定義為SLM參考鏡(5)；

激光器(4)發出的激光經準直物鏡(3)后形成的平行光投射到分光鏡(6)上，經分光鏡(6)后分成兩支光束；一支光束經SLM參考鏡(5)后返回到分光鏡(6)，該支光束定義為參考光束，在參考光束中，SLM參考鏡(5)對準直物鏡(3)準直后形成的平行光進行相位調制，使得SLM參考鏡(5)對參考光束波前的相位調制量與測試光束的波前像差相等；僅當SLM參考鏡(5)調制量不足時，在測試光路中加入部分補償器(7)來對非球面(8)產生的像差進行部分補償；另一支光束經過部分補償器(7)到達待測非球面(8)，經待測非球面(8)反射后攜帶待測非球面(8)面形誤差信息經部分補償器(7)回到分光鏡(6)，定義為測試光束；參考光束和測試光束經分光鏡(6)匯合，在分光鏡(6)處發生干涉，形成干涉條紋，經成像物鏡(2)在CCD探測器(1)處進行采集；使用SLM參考鏡(5)調制參考光束的同時對參考光束引入多次相位調制完成移相，并采集多幅干涉圖，通過移相算法解算得到被測非球面(8)的面形誤差；

步驟二：求解SLM參考鏡(5)的目標調制量，使得SLM參考鏡(5)的目標調制量與步驟一求解出的測試光束波前像差量值相等；

步驟三：根據步驟二求解出的目標調制量，計算出SLM參考鏡(5)需加載的調制灰度圖；

步驟四、判斷SLM參考鏡(5)的目標調制量是否超出SLM參考鏡(5)的調制能力；當SLM參考鏡(5)的目標調制量未超出SLM參考鏡(5)的調制能力時，即待測非球面(8)接近平面或曲率半徑較大時，按照步驟三所述方法計算SLM參考鏡(5)需加載的調制灰度圖；當SLM參考鏡(5)能產生的最大像差小于參考光束的目標調制量時，在待測非球面(8)前插入部分補償器(7)，對測試光束進行部分補償從而減小SLM參考鏡(5)的目標調制量；計算測試光束部分補償后的波前像差量值，若該量值仍大于SLM參考鏡(5)的最大調制量，繼續調整部分補償器(7)，直至SLM參考鏡(5)的最大調制量能夠滿足調制目標為止；根據部分補償后的剩余波前量值求解出SLM參考鏡(5)的目標調制量，進而計算調制灰度圖；

步驟五：在SLM參考鏡(5)上加載計算出的調制灰度圖，實現SLM參考鏡(5)對參考光束的相位調制；

步驟六：控制SLM參考鏡(5)對參考光束進行多次移相，并采集多幅移相干涉圖；通過移相算法解算得到被測非球面(8)的面形誤差；使用SLM參考鏡(5)對干涉測量系統進行移相，能夠避免機械移相結構的使用，提高系統穩定性。

2.根據權利要求1所述的基于空間光調制器參考面的非球面干涉測量方法，其特征在于：步驟三具體實現方法為，

對SLM參考鏡(5)上每個像素點加載0～255的不同灰度值時產生的相位延遲量進行標定，生成SLM參考鏡(5)相位調制量查找表；在步驟二中SLM參考鏡(5)目標調制量求解模塊已經求得SLM參考鏡(5)初始面形調制到目標面形的調制量分布面形，對于調制量分布面形上的每一點，在SLM參考鏡(5)相位調制量查找表中查找與該點目標調制量最接近的相位延遲量對應的灰度值，作為調制灰度圖上對應位置的灰度值；對每點進行以上操作，能夠計算出SLM參考鏡(5)需加載的完整的灰度圖。

3.根據權利要求1所述的基于空間光調制器參考面的非球面干涉測量方法，其特征在于：如果待測非球面(8)接近平面或曲率半徑較大，則省略部分補償器(7)，無需對測量光束進行部分補償，直接使用SLM參考鏡(5)，產生與測量光束波前相等的參考波前；如果待測非球面(8)曲率半徑較小且非球面度較大，產生的像差超出了SLM參考鏡(5)的調制能力，則在待測非球面(8)前插入部分補償器(7)；通過部分補償器(7)產生的像差來補償非球面(8)產生的低階像差；SLM參考鏡(5)對參考光束波前的調制量與部分補償后的測試光束波前相等。