[发明专利]基于级联自适应光学的光学自由曲面面形干涉测量装置及测量方法

权利要求书

1.基于级联自适应光学的光学自由曲面面形干涉测量装置，其特征在于，包括激光器（1）、第一准直扩束镜（2）、干涉测量单元、级联的可变形镜单元和控制终端（16）；

所述级联的可变形镜单元，包括第一反射镜（13）、第二反射镜（15）和N级可变形镜，N≥2；在每级可变形镜的表面上方都设有一个用于检测可变形镜面形的检测装置，且该检测装置能够将检测的数据实时反馈至控制终端（16）；

所述干涉测量单元，包括第一分光棱镜（3）、第二分光棱镜（4）及设置在二者之间的中继镜（19），在被测自由表面（18）和第一分光棱镜（3）之间设有第一成像镜头（17），在第二分光棱镜（4）的出射光路上还设有图像探测器（5）；

在第二反射镜（15）和第二分光棱镜（4）的光路上还设有第二成像镜头（20）；

激光器（1）发出的激光被第一准直扩束镜（2）准直扩束后经第一分光棱镜（3）分成两束光，一束光由被测自由表面（18）反射后作为物光照射到图像探测器（5）上；另一束光经级联的可变形镜单元波前调制后作为参考光入射到图像探测器（5）上；物光和参考光的干涉条纹被图像探测器（5）记录。

2.根据权利要求1所述的基于级联自适应光学的光学自由曲面面形干涉测量装置，其特征在于，经过级联的可变形镜单元调制后的参考光波前经过检测后是定量已知的，且与被测自由表面（18）的理想波前一致或相似。

3.根据权利要求1所述的基于级联自适应光学的光学自由曲面面形干涉测量装置，其特征在于，所述检测装置包括设置在可变形镜上方的光源、第二准直扩束镜和波前传感器，光源发出的光经过第二准直扩束镜形成标准平面光，再经可变形镜反射至波前传感器，波前传感器将检测的面形信息反馈至控制终端（16）。

4.根据权利要求3所述的基于级联自适应光学的光学自由曲面面形干涉测量装置，其特征在于，标准平面光由光源发出的光经第二准直扩束镜准直扩束后形成，或者直接由激光器（1）和第一准直扩束镜（2）产生的标准平面波来分束获得。

5.根据权利要求1所述的基于级联自适应光学的光学自由曲面面形干涉测量装置，其特征在于，激光器（1）发出的激光被第一准直扩束镜（2）准直扩束后经第一分光棱镜（3）分成两束光，一束光经第一成像镜头（17）的波前放大后由被测自由表面（18）反射，反射光通过第一成像镜头（17）、中继镜（19）以及第二分光棱镜（4）后作为物光照射到图像探测器（5）上；另一束光经级联的可变形镜单元波前调制后，再经第二成像镜头（20）后经第二分光棱镜（4）作为参考光入射到图像探测器（5）上。

6.基于权利要求1~5中任意一项所述的基于级联自适应光学的光学自由曲面面形干涉测量装置检测被测自由表面面形的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）激光器（1）发出的激光经第一准直扩束镜（2）准直扩束后，经第一分光棱镜（3）分束后，一束光经被测自由表面（16）反射后作为物光，入射到图像探测器（5）上，另一束光经过级联的可变形镜单元经波前调制后作为参考光，入射到图像探测器（5）上；物光和参考光的干涉条纹被图像探测器（5）记录；

2）检测装置将检测到的可变形镜的面形信息反馈给控制终端（16），由控制终端（16）控制可变形镜单元调制参考光波前，使图像探测器（5）产生稀疏的干涉条纹；

3）结合级联的可变形单元获得的已知的参考波前信息和干涉条纹信息，通过计算获得被测自由表面（16）的面形。

7.根据权利要求6所述的检测被测自由表面面形的方法，其特征在于，步骤1）中，激光器（1）发出的光经过第一准直扩束镜（2）准直扩束后经第一分光棱镜（3）分成两束光，一束光经第一成像镜头（17）波前放大处理后由被测自由表面（18）反射，反射光通过第一成像镜头（17）、中继镜（19）以及第二分光棱镜（4）后作为物光，照射到图像探测器（5）上；

另一束光经过第一反射镜（13）反射后照射到级联的可变形镜上进行波前调制后，经第二反射镜（15）、第二成像镜头（20）后再经过第二分光棱镜（4）作为参考光入射到图像探测器（5）上。

8.根据权利要求6所述的检测被测自由表面面形的方法，其特征在于，所述检测装置包括设置在可变形镜上方的光源、第二准直扩束镜和波前传感器；

步骤2）中，光源发出的光经第二准直扩束镜准直扩束后成为标准平面波，照射到可变形镜上后，反射到波前传感器上，由波前传感器测量可变形镜的面形，并将该数据反馈至控制终端（16）。