[发明专利]使用微透镜阵列的同步移相干涉测试方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及光干涉计量测试领域，特别是一种使用微透镜阵列的同步移相干涉测试方法及装置。

背景技术

移相干涉术是现今广泛使用的光学面形测试技术，该技术使用干涉仪采集一组移相干涉图，每幅图之间具有特定的相位差，根据干涉图可以恢复被测相位。传统移相干涉术在一段时间内顺次采集移相干涉图，因此其测试精度受到振动等时变环境因素的影响。为了克服这一问题，发明了能够在同一时刻、不同空间位置得到一组移相干涉图的同步移相干涉测试系统。

现有的同步移相干涉测试系统分为两类，一类使用光栅或分光镜分出数支光路，每支光路中使用偏振器件引入不同的移相量，实现移相，最后于不同空间位置得到一组移相干涉图。在这一类方案中，各移相干涉图之间的相对空间位置关系是未知的，且其相对位置缺少成熟可靠的标定技术，易导致位置匹配误差，影响测量精度。另一类方案并不分光，而是将探测器上相邻的若干像素组成一个单元，每个单元内的不同像素上制作相应的偏振器件，最后通过对探测器上的数据进行重组就可以得到一组移相干涉图。该方案得到的移相干涉图的空间位置关系是已知且唯一的，但像素掩膜器件需要使用精度要求极高的光刻工艺制作，其难度和成本都非常高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种解决干涉图位置匹配误差，测量精度高，成本较低的使用微透镜阵列的同步移相干涉测试方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种使用微透镜阵列的同步移相干涉测试方法，包括以下步骤：

步骤一：在泰曼式干涉测试光路中得到一对偏振方向正交的参考光与测试光；

步骤二：利用波前分割的方法进行移相，即，使步骤一中得到的一对偏振方向正交的参考光与测试光通过一个1/4波片成为一对正交的圆偏振光；对这一对正交的圆偏振光的波面进行分割，在每一个子波面形成的发散光路都通过一个四象限偏振片组引入不同的移相量，然后由一个主透镜对发散光路进行会聚，最后被探测器接收；

步骤三：对探测器得到的数据进行重新排列得到四幅移相干涉图。

一种使用微透镜阵列的同步移相干涉测试装置，由泰曼式干涉光路部分和波前分割移相部分两大部分组成，且泰曼式干涉光路部分位于波前分割移相部分的前端；在泰曼式干涉光路部分中，各器件按前后顺序依次为激光器、扩束镜、偏振片、1/2波片、偏振分光棱镜，在偏振分光棱镜的透射光一侧依次放置第一1/4波片、标准透镜和被测件、反射光一侧依次放置第二1/4波片后和参考镜；在波前分割移相部分中，各器件按前后顺序依次为第三1/4波片、微透镜阵列、偏振片组、主透镜和探测器；所有器件相对于基底同轴等高，即相对于光学平台或仪器底座同轴等高。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

(1)相比于分光结构的同步移相干涉测试系统，本发明得到的四幅移相干涉图相对空间位置关系已知且唯一，因此具有不会产生位置匹配误差的优点。

(2)相比于同样不会产生位置匹配误差的像素掩膜结构的同步移相干涉测试系统，该发明在成本上则有着巨大优势。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是使用微透镜阵列的同步移相干涉测试光路结构示意图。

图2是子单元数据重新排列方式的示意图。

具体实施方式

本发明的步骤如下：

步骤一：在泰曼式干涉测试光路中得到一对偏振方向正交的参考光与测试光；

步骤二：利用波前分割的方法进行移相，即，使步骤一中得到的一对偏振方向正交的参考光与测试光通过一个1/4波片成为一对正交的圆偏振光；对这一对正交的圆偏振光的波面进行分割，在每一个子波面形成的发散光路都通过一个四象限偏振片组引入不同的移相量，然后由一个主透镜对发散光路进行会聚，最后被探测器接收；

步骤三：对探测器得到的数据进行重新排列得到四幅移相干涉图，再利用四步移相算法恢复被测相位。

结合图1，本发明所述的同步移相干涉测试技术所使用的测试系统由泰曼式干涉光路部分[16]和波前分割移相部分[17]两大部分组成，且泰曼式干涉光路部分[16]位于波前分割移相部分[17]的前端。