[发明专利]基于动态波前调制结合计算全息片的干涉面形检测方法

说明书

本发明公开了一种基于动态波前调制结合计算全息片的干涉面形检测方法，用于解决大梯度变化的光学自由曲面元件面形高精度检测的问题。本发明将待测光学自由曲面元件的面形分为两部分：非球面面形和剩余自由曲面面形。其中非球面面形通过在测试光路中放置的CGH生成一个旋转对称非球面波前，补偿该待测自由曲面元件的非球面变化部分。而剩余自由曲面面形通过在参考光路中放置的纯相位型反射式空间光调制器动态调制补偿。本发明的优点在于通过动态波前调制结合静态CGH补偿的方式，有效解决了大梯度变化波前生成难得问题，且提高了系统通用性；提高了波前调制精度，且属于零位干涉，测量精度高；可建立在原有的CGH测量系统光路中，装置简单易实现。

技术领域

本发明属于自由曲面元件面形高精度检测技术领域，具体涉及一种基于动态波前调制结合计算全息片的干涉面形检测方法。

背景技术

光学自由曲面元件其表面自由度较大,可以针对性地提供或矫正不同的轴上或轴外像差,使光学系统的性能显著提升，同时满足现代光学系统轻量化和微型化的要求,逐渐成为现代光学研究领域和工业及商业领域的新宠。但是其过多的“自由度”，使得该型元件的高精度检测与加工变得十分困难，制约了进一步的推广、使用。

在所有的面形测量方法中，零位干涉测量是公认的测量精度最高的方法。所谓零位干涉法即是指干涉系统中的测试波面与待测件面形完全吻合，测试波面经由待测面完全按其法线方向反射。计算全息法作为应用最成功的一种零位干涉测量法，理论上，只要知道物波的物理模型，就能通过衍射的原理产生任意形状的波前，从而提供各种面形检测所需的“标准样板”。2013年，南京理工大学黄亚等在《基于计算全息的光学自由曲面测量的不确定度分析》一文中采用CGH补偿法实现了对光学自由曲面不确定度达到λ/10(PV值)的高精度测量；然而CGH器件主要应用在小梯度变化的面形检测中，当面形梯度变化很大的时候，CGH面上需要补偿的空间相位空间频率很高，超出了CGH制作设备的加工范围，无法加工或加工误差很大，无法应用在光学检测中；同时CGH方法是一种一对一的检测方法，测量的通用性差。

随着电子技术和制作工艺的提高，研究者开始选用具有实时显示功能的液晶空间光调制器作为计算全息图的记录介质并成功应用在光学检测领域中；利用液晶空间光调制器的实时可编程性动态调整输出波前，减小了系统误差、提高了系统的抗干扰能力。目前，美国的Tropel公司、Zygo公司等均实现了该器件对非球面的实时测量。但由于现有液晶空间光调制器的空间分辨率低于CGH器件，使得该方法的测试精度不如CGH测试方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于动态波前调制结合计算全息片的干涉面形检测方法，能够解决生成大梯度变化波前存在的传统计算全息片(CGH)加工难度大、系统通用性低的问题，同时提高了系统的抗干扰能力。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于动态波前调制结合计算全息片的干涉面形检测方法，包括第一偏振片、分光板、标准球面透镜组、CGH、液晶空间光调制器、扩束系统和成像系统；共光轴依次设置第一偏振片、分光板、标准球面透镜组、CGH、待测自由曲面元件；扩束系统和液晶空间光调制器依次设置在分光板的反射光路上，成像系统设置在分光板的透射光路上，且液晶空间光调制器、扩束系统和成像系统共光轴。

第一步，入射准直平行光经第一偏振片、分光板后分成两束光，一束为测试光，另一束参考光，其中测试光转入第二步；同时参考光转入第四步。

第二步，测试光透过分光板经标准球面透镜组后生成标准球面波前入射到CGH上，经CGH衍射生成一个旋转对称非球面波前用于补偿待测自由曲面元件的非球面面形部分，转入第三步。

第三步，该非球面波前由待测自由曲面元件反射后再次经过CGH、标准球面透镜组最后由分光板反射至成像系统，作为携带面型信息的测试光，转入第六步。