[发明专利]消除圆对称位相型计算全息基片条纹图形畸变的方法

说明书

技术领域

本发明属于光学检测领域，涉及一种消除圆对称位相型计算全息基片(Computer Generated Hologram)条纹图形畸变对非球面检测结果影响的方法。

背景技术

非球面元件因其可以降低光学系统的复杂性和改善系统成像质量，应用越来越广泛，但是高精度的非球面面形检测仍然是目前研究的热点和难点。计算全息图(Computer-generated hologram，CGH)常用来检测非球面，该技术可通过衍射从球面波生成几乎任何形状的参考波前，这一特点使得它可结合激光干涉仪对非球面元件进行零位补偿光学检测，同时具有高效率和高精度的优点。

为了真正实现高精度检测，必须仔细分析各种误差对检测结果的影响。用计算全息检测非球面，所包含的误差主要分为全息图的设计误差、被测镜的调整误差、全息图的制作误差及其对准误差。采用精度高的算法，可以使全息图的设计误差忽略不计。被测镜的调整误差则可以通过设计基准全息，观测实验干涉图将其控制在尽可能小的范围内。设计对准全息，可以保证计算全息图的精确对准。因此，全息图的制作误差是决定检测精度的最关键因素。

在计算全息图的制作误差中，条纹图形畸变对检测精度的影响是不容忽视的。条纹位置畸变误差是由于掩膜版制作设备的定位误差，制作出的掩膜版的实际条纹位置偏离理想位置引起的。为了减小或消除计算全息条纹图形畸变对检测精度的影响，首先需要精确检测计算全息上条纹图形畸变的大小。早期人们经常使用显微光密度计测量条纹图形畸变，这种方法测量过程非常耗时，而且它给出的畸变仅是沿着显微光密度计扫描线方向的。为了解决显微光密度计测量条纹图形畸变的缺陷，1984年Akira Ono和James C.Wyant提出了一种干涉测量条纹图形畸变的方法。该方法是利用两根单模光纤发出的理想点光源产生杨氏干涉条纹和全息片上刻蚀的直条纹相互干涉形成的莫尔条纹来得到全息片上的条纹图形畸变值，这种方法只能检测直条纹，但是现阶段使用的全息片上刻蚀的条纹多为圆对称条纹。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的局限性，提供一种消除圆对称位相型计算全息基片条纹图形畸变对非球面检测结果影响的方法，从而有效地提高面形检测精度。

为达到上述目的，本发明一种消除圆对称位相型计算全息基片条纹图形畸变的方法，利用由放置在实验平台上的扩展光源、准直透镜、泰曼-格林干涉仪、计算全息基片、电耦合器件、计算机组成的消除圆对称位相型计算全息基片条纹图形畸变系统，该方法包含以下步骤：

步骤S1：从扩展光源发出的光经泰曼-格林干涉仪的参考臂和测试臂后发生等倾干涉，产生中心稀疏边缘密集的等倾干涉圆条纹，用电耦合器件记录会聚透镜焦平面上产生的等倾干涉圆条纹；

步骤S2：利用等倾干涉圆条纹形成圆光栅，将计算全息基片用不透明液体的处理形成一个圆对称的二值振幅型光栅；

步骤S3：设定圆对称的二值振幅型光栅上刻蚀的同心圆条纹与圆光栅上的等倾干涉圆条纹形成莫尔条纹需满足两个条件：(1)重叠的圆光栅和圆对称的二值振幅型光栅都为等间距的光栅；(2)圆光栅和圆对称的二值振幅型光栅重叠域处间距相等；

步骤S4：将不透明液体处理过的计算全息基片放置在产生等倾干涉圆条纹的会聚透镜的焦平面上，使等倾干涉圆条纹与计算全息基片上的同心圆条纹发生干涉，形成一幅带有条纹图形畸变信息的莫尔条纹图，计算机记录带有条纹图形畸变信息的第一莫尔条纹图；

步骤S5：将根据待测非球面的参数设计出不含条纹图形畸变的理想计算全息基片上的同心圆条纹和电耦合器件记录的等倾干涉圆条纹相互干涉，生成不含条纹图形畸变信息的莫尔条纹图，用计算机记录不含条纹图形畸变信息的第二莫尔条纹图；

步骤S6：对第一莫尔条纹图和第二莫尔条纹图作差数据处理，得到条纹图形畸变值；

步骤S7：根据得到的条纹图形畸变值人工合成畸变图，将非球面面形测量得到的干涉图和人工合成畸变图作差数据处理后，就能准确地剔除掉计算全息基片上的条纹图形畸变对非球面检测结果的影响，实现非球面的高精度检测。

本发明的有益效果：由于莫尔条纹对畸变有放大作用，利用计算机强大的计算功能，从而更快捷地得到计算全息基片上的条纹图形畸变的精确值，使用合成畸变图剔除掉计算机全息基片上条纹图形畸变对非球面检测结果的影响，实现非球面的高精度检测。