[发明专利]实时部分零位补偿光学非球面面型检测方法

摘要

本发明涉及光学非球面精密测量领域，特别涉及一种实时部分零位补偿光学非球面面型检测方法。现有技术零位测量的方法能够测量的动态范围只有几个波长，检测动态范围小。本发明中测量的动态范围由三部分确定，补偿透镜、LCSLM加载的计算全息相息图对应的相位函数yCGH及残余相位函数yRES。本发明通过部分零位补偿技术，采用加载计算全息图的LCSLM作为部分零位补偿元件，结合起补偿作用的会聚透镜和干涉条纹分析技术，大大提高了测量的动态范围，可以实现对大非球面度面型的检测。

主权项

1.一种实时部分零位补偿光学非球面面型检测方法，其特征在于：依次包括下述步骤：1）从He-Ne激光器出射的光经扩束、准直后，作为照明光源，搭建标准的泰曼-格林干涉光路，一个光臂中的光经过标准平面镜反射后作为参考光，待检的非球面放置于另外一个光臂中，反射回的光作为物光；2）根据待测非球面的特征参数：二次曲面常数K、顶点曲率半径R₀、多项式系数A_n、非球面直径D，求出非球面的边缘矢高H，进而求出待测非球面的最佳匹配球面半径R；3）在放置待检非球面的光臂中，利用会聚透镜将平面波转换为标准球面波，照明待检非球面；4）调整待检非球面的位置，使得其最佳匹配球面的球心与标准球面波球心重合，补偿掉待检非球面的大部分曲率；5）将LCSLM放置于与待测非球面顶点距离为d（d<R）处， 使LCSLM的有效像元面积（以最短边长作为基准）略大于照明光斑尺寸；6）利用ZEMAX软件或常规的光线追踪方法进行计算，假设把计算全息图放置在与待测非球面顶点距离为d处，计算实现零位补偿干涉时，同轴计算全息图需要补偿的相位函数y，并把该相位函数分为两部分：y=y_CGH+y_RES，其中y_RES是残余的相位函数，y_CGH是实际加载到LCSLM上的同轴全息图的相位函数，具有类似透镜的位相分布，k是波矢，f是对应的透镜焦距，x、y是LCSLM面上的坐标，y_CGH的最大值对应10个波长以下；7）当LCSLM的位相调制范围达到2p时：依次把相位函数y_i=y_CGH +(i-1)p/4,i=1,2,3,4, 对2p取模，分别得到对应的计算全息相息图mod(y_i )，依次把相息图加载到LCSLM上，从待测非球面返回的光波经过相息图后，与平面参考光波发生干涉，CCD相机依次记录下四幅相移干涉图I_i；当LCSLM的位相调制范围小于2p时：依次把相位函数y_i=y_CGH +(i-1)p/4,i=1,2,3,4, 对2p取模，然后进行二值量化，分别得到对应的计算全息图；依次把全息图加载到LCSLM上，取全息图的+1级衍射光波作为照明光波，从待测非球面返回的光波经过全息图后取+1级衍射光，与平面参考光波发生干涉，CCD相机依次记录下四幅相移干涉图I_i；8）利用相移算法求出从待测非球面表面返回的包裹相位，经过相位解包裹后，得到最终的相位分布y_FINAL=y_ERR+y_RES，通过减去残余相位分布y_RES，即得到非球面面型误差y_ERR。