[发明专利]基于部分补偿法的双波长相移干涉非球面测量方法及装置

摘要

本发明属于光学精密测试技术领域，涉及一种基于部分补偿法的双波长相移干涉方法及实现装置。该方法构建部分补偿法双波长相移干涉仪，获取两个单波长的被测波前包裹相位；建模部分补偿法双波长理想干涉仪，获得两个单波长的剩余波前和包裹相位；采用误差分离和消除算法消除被测波前包裹相位中的已知及未知波前变化量，最后采用逆向迭代优化重构被测非球面的面形误差。装置包括第一激光器和第二激光器、第一狭缝和第二狭缝、第一平面镜和第二平面镜、第一分束镜和第二分束镜、扩束镜、准直镜、标准平面镜、移相器、部分补偿镜、被测非球面、成像镜头和含稀疏阵列传感器的干涉图采集组件。本发明特别适用于小面形误差的陡度非球面，以及大面形误差的模压非球面和自由曲面的加工质量测量。

主权项

1.一种基于部分补偿法的双波长相移干涉非球面测量方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、构建部分补偿法双波长相移干涉仪，称为双波长实际干涉仪，分时采集λ₁和λ₂的相移干涉图，获取与两个单波长λ₁和λ₂对应的被测非球面波前的包裹相位和步骤二、建模基于部分补偿法的双波长理想干涉仪，其中非球面设置为不包含面形误差的标准非球面，通过光线追迹获得双波长理想干涉仪像面的剩余波前W₁₀和W₂₀，求解与两个单波长对应的剩余波前的包裹相位和求解公式如下式(1a)(1b)所示，符号“\”表示取余：步骤三、采用误差分离和消除算法，首先消除已知波前变化量ΔW₀；将步骤一的结果，即被测非球面波前的包裹相位和分别减去步骤二的结果，即对应的剩余波前包裹相位和获得只与被测非球面面形误差相关的包裹相位分布和求解式如下式(2a)(2b)所示：步骤四、根据和求解对应于合成波长λ_eq的，只与被测非球面面形误差相关的像面波前W_eq,E，实现如下式(3)所示：式(3)中的为合成波长λ_eq的相邻像素包裹相位之差，ΔM_eq为干涉级次修正因子；步骤五、根据和求解被测波前中对应于λ₁和λ₂的，只与被测非球面面形误差相关的波前W_1E或W_2E，以波长λ₁为例，实现如下式(4)所示：ΔM_1E为求解时的干涉级次修正因子；步骤六、采用误差分离和消除算法，消除未知波前变化量ΔW_E；根据W_eq,E，W_1E或W_2E，用W_eq,E修正具有2π模糊性的W_1E或W_2E数据，获得对应于波长λ₁或λ₂的，只与被测非球面面形误差相关的像面波前W_1rev或W_2rev；实现如下式(5)所示：ΔW_eq,dif＝W_eq,E‑W_1E‑[W_eq,E'‑W_1E']    (5a)式(5a)中，W_eq,E′和W_1E′分别为在解包裹路径上与W_eq,E和W_1E相邻像素的波前差值，式(5b)中，<>表示对其中的取值进行四舍五入取整；步骤七、根据W₁₀、W_1rev，或W₂₀、W_2rev，求解双波长实际干涉仪的解包裹波前W_1T或W_2T，求解式如下式(6a)和(6b)所示：W_1T＝W_1rev+W₁₀    (6a)W_2T＝W_2rev+W₂₀    (6b)步骤八、采用逆向迭代优化法，重构被测非球面的面形误差W_{asp_fig}；在建模的双波长理想干涉仪中，在波长λ₁或λ₂的理想干涉仪的标准非球面上附加泽尼克边缘系数，用来描述被测非球面的面形误差，然后以泽尼克边缘系数为变量，以W_1T或W_2T为优化目标，在光学设计软件中利用光线追迹和逆向迭代优化，从而精确重构出被测非球面的面形误差W_{asp_fig}；所述双波长相移干涉仪，包括：第一激光器(1)、第二激光器(2)、第一狭缝(3)、第二狭缝(4)、第一平面镜(5)、第一分束镜(6)、扩束镜(7)、准直镜(8)、第二分束镜(9)、标准平面镜(10)、移相器(11)、部分补偿镜(12)、被测非球面(13)、第二平面镜(14)、成像镜头(15)和稀疏阵列传感器(16)；在第一激光器(1)的输出光束方向配置有第一狭缝(3)和第一平面镜(5)，在第二激光器(2)的输出光束方向配置有第二狭缝(4)和第一分束镜(6)，在第一平面镜(5)的反射光方向配置有第一分束镜(6)，在第一分束镜(6)的透射光方向配置有扩束镜(7)和准直镜(8)，在准直镜(8)输出的宽口径平行光束方向配置有第二分束镜(9)，在第二分束镜(9)的透射光方向配置标准平面镜(10)，在标准平面镜(10)位置配置有移相器(11)，在标准平面镜(10)的透射光方向配置有部分补偿镜(12)，在部分补偿镜(12)的后面配置被测非球面(13)，在第二分束镜(9)的反射光方向配置有第二平面镜(14)，在第二平面镜(14)的反射光方向配置有成像镜头(15)，在成像镜头(15)的输出光方向配置稀疏阵列传感器(16)。