[发明专利]基于点源阵列的非零位干涉系统

权利要求书

1.一种基于点源阵列的非零位干涉系统，其特征在于：包括泰曼格林干涉系统、梯度补偿模块、待测自由曲面（5）、准直透镜（6）、光阑（7）、成像透镜（8）和CCD（9）；泰曼格林干涉系统包括光源(1)、第一分光棱镜（2）、第一反射镜（3）、第二反射镜（4）、第二分光棱镜（11）；梯度补偿模块包括透镜阵列（10）、准直透镜组（12）、球面补偿透镜组（13）；光源(1)、第一分光棱镜（2）、透镜阵列（10）、第二分光棱镜（11）、准直透镜组（12）、球面补偿透镜组（13）和待测自由曲面（5）依次共光轴设置；第二反射镜（4）、准直透镜（6）、第二分光棱镜（11）、光阑（7）、成像透镜（8）和CCD（9）依次共光轴设置，且与光源(1)和第一分光棱镜（2）所处的光轴垂直；由光源（1）发出的平行光垂直入射到第一分光棱镜(2)后，分为相互垂直反射光和透射光；透射光经透镜阵列（10）后形成多束发散光，经第二分光棱镜（11）透射后，再通过准直透镜组（12）形成多束具有不同倾斜角度的平行光，最后经球面补偿透镜组（13）后形成多束测试光照射到待测自由曲面（5），由待测自由曲面（5）反射后，携带待测自由曲面（5）局部面形偏差的多束测试光返回经球面补偿透镜组（13）形成多束携带待测自由曲面（5）局部面形偏差的具有不同倾斜角度的平行光，再经准直透镜组（12）后形成多束会聚光，再由第二分光棱镜（11）折转90度进入光阑（7），经光阑（7）滤除杂散光，最后由成像透镜（8）成像在CCD（9）上，形成测试光路；反射光射入第一反射镜（3），经第一反射镜（3）反射进入第二反射镜（4），然后由第二反射镜（4）反射进入准直透镜（6），经过准直透镜（6）形成一束会聚光，会聚光经第二分光棱镜（11）透射后再经光阑（7）滤除杂散光，最后由成像透镜（8）成像在CCD（9）上，形成参考光路。CCD（9）上测试光与参考光叠加形成干涉图。

2.根据权利要求1所述的基于点源阵列的非零位干涉系统，其特征在于：透镜阵列（10）、准直透镜组（12）和球面补偿透镜组（13）的最佳光学参数和结构参数，步骤如下：

步骤一根据待测自由曲面（5）参数和几何光学成像原理，确定点源阵列的光学参数和结构参数：

其中，在待测自由曲面（5）上设置一点P，D为待测自由曲面（5）上P点处的口径，R为待测自由曲面（5）最佳拟合球面的曲率半径，θ₅为过P点垂直于光轴的直线与最边缘子点源发出光束的夹角，r′为P点与点源阵列中最边缘子点源位于光轴同侧时点源阵列的尺寸，r′′为P点与透镜阵列中最边缘子点源位于光轴异侧时点源阵列的尺寸，r′_点源为r′和r′′中较大者值，U′为点源阵列子点源出射光束的孔径角；

步骤二根据上一步中得到的点源阵列的光学参数和结构参数，将经透镜阵列（10）出射的波面作为输入信号，将入射至待测自由曲面（5）的波面作为输出信号，通过建立输出信号与输入信号之间的数学关系从而确定准直透镜组（12）和球面补偿透镜组（13）的光学参数和结构参数：

其中f1为准直透镜组（12）的焦距，f₂为球面补偿透镜组（13）的焦距，r为透镜阵列（10）最边缘子透镜中心到光轴的距离，U为透镜阵列（5）最边缘子透镜的孔径角，D₁为准直透镜组（12）的有效工作口径，D₂球面补偿透镜组（13）的有效工作口径，d为准直透镜组（12）与球面补偿透镜组（13）之间的光学距离，U′₁和U′₂为2U′被平行于光轴的直线分割形成的两个角。

步骤三结合上述两步中的参数，并同时满足以下三个最优解评价标准，确定透镜阵列（10）、准直透镜组（12）和球面补偿透镜组（13）的最佳光学参数和结构参数：

①准直透镜组（12）及球面补偿透镜组（13）的视场角ω≤5°；

②准直透镜组（12）的有效工作口径D₁和球面补偿透镜组（13）的有效工作口径D₂均不大于150mm；

③透镜阵列（10）的直径不大于60mm。