一种用于非球面面形测量的组合式干涉装置，其构成包括：一个激光器、一个空间滤波器、两个扩束系统、一个缩束系统、一个分光镜、一个转换透镜、三块偏振片、两块光学平板、四个楔角很小的圆形光楔、一个分束光栅、一块１／４波片、一个偏振片组和一个ＣＣＤ。在该装置中，测量的实时性是通过同步移相法实现；而变频功能是通过转动两对双光楔来实现。本实验装置采用普通光学元件成本低，不仅可测量多种口径的非球面，对平面和球面同样适用，可实现普通环境下的实时高精度测量，而且具有变频功能，对处理存在不连续区域的镜面非常有效。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是一种集径向剪切、快速变频和同步相移为一体的组合式干涉仪， 主要用于非球面面形的三维测量。技术背景采用非球面光学系统，可消除球差、慧差、像散、场曲，减少光能损失， 从而获得高质量的图像效果和高品质的光学特性，可广泛应用于各种现代光电子产品、图像处理产品如数码相机、VCD、 DVD、电脑、CCD摄像镜头、大屏幕投影电视机及军事、天文和医疗等行业。在非球面光学元件的加工和实验 中，对其表面面形的精确测量是至关重要的；从某种意义上说，没有与加工精 度相适应的高精度检测方法及仪器，非球面的精密和超精密加工就难以实现。 近些年来，人们提出了许多非球面测量技术和装置，但这些技术和装置都存在 着或实现条件苛刻、或速度慢、或精度低、或通用性差、或成本过高等缺点， 因此迫切需要开发新的简单实用而且操作方便的技术装置来克服以上所述的不 足。在先技术之~■(参见"Stylus profiling instrument for measuring statistical properties of smooth optical surfaces用于光滑光学曲面统计属性检测的探针轮 廓测量仪",J.M.Bennett, J.H.Dancy, Appl. Opt" 20(10), 1785-1802，簡和 "Stylus profiling at high resolution and low force高分辨率、低接触压力的探针轮 廓测量技术，，，J.F.Song and T. V, Vorburger, Appl. Opt., 30, 42-50， 1991)采用接 触式探针测量出非球面表面各点的三维坐标值，这种测量方法虽然原理简单，但测量效率低，无法实现动态测量，而且探针会对测量表面较软(如塑料)的 非球面镜片造成损伤。在先技术之二 (参见"Application of Moire topography measurement methods in industry莫尔轮廓测量方法在工业中的应用"，Suzuki M， Kanaya M. Opt &Laser Eng , 8 (3) :171 - 188， 1988禾卩Deep aspheric testing base on phase-shift electronic Moire pattems基于相移电子莫尔条纹的深度非球面检测，光学精密工 程，11(3) :250-255, 2003)采用轮廓投影法进行非球面测量，其对环境要求低， 但这种方法一般适用于精度要求不高的场合，如显微镜的聚光镜等，当被测非 球面精度要求较高时，这种方法无能为力，而且其测量速度慢，无法实现动态在先技术之三(参见《非球面干涉仪零检验的补偿器设计》，伍凡，应用光 学，18 (2)， 10-13.1997)采用零位检测法(Null Compensation)对非球面进行 测量，零位检测法根据被测非球面设计出补偿透镜，使得入射到补偿透镜上的 平面波或球面波变换成与被测非球面理论形状相同的波形，并与被测非球面的 实际波面干涉形成干涉条纹，实现测量，其中补偿器的设计对于补偿干涉法测 量非常重要，在测量中，往往根据实际情况设计出不同的补偿器和相应的测量 光学系统，通用性很差，相应的成本也非常高，而且测量过程受环境影响大， 在普通环境(无需专门隔振、隔噪声措施)下很难实现精确测量，无动态测量 的前景。在先技术之四(参见Interferometric Testing of Aspheric Surfaces非球面曲面 的干涉检领U， SPIE， 816, J. C. Wyant, 1987; Design of a novel hologram for full measurement oflarge and deep convex aspheric surfaces用于大型深度凸非球丽则 量的全息干涉法，Hua Liu, Zhen稱Lu， Fengyou Li， and Qiang Sun， OpticsExpress, 15 ( 6 ) ， 3120-3126 ， 2007; New design techniques and calibration methods for CGH null testing of aspheric surfaces用于非球面检测的新型计算全息零位方 法的设计和标定，Reichelt S， Pmb C， Tizian Ih J. Proc SP正，4778: 158 168， 2002 禾口Testing large convex aspherical surface with computer generated holography采用 技术全息技术实现大型凸非球面曲面的检测，Chang J，L I F Y，Weng Zh Ch et al. ActaOpticaSinica, 23 (10) : 1266 1268， 2003)介绍了计算全息(CGH)法测 量非球面的方法，它是采用非球面镜片的计算全息图代替零位检测法中的补偿 器来实现零位干涉测量。采用计算全息法测量非球面的精度一般可达入/10，但 同样存在与补偿干涉法一样的缺点，通用性差，需根据不同的测量对象设计制作不同的全息图，成本很高，而且测量过程受环境影响大，测量时需要专门的 隔振、隔噪声措施。在先技术之五(参见Aspherical surface testing with shearing interferometer using fringe scanning detection method采用剪切干涉仪结合条纹扫描技术实现非 球面曲面的测量，T. Yatagai， SPIE， 429， 1983，《剪切干涉技术在非球面测量 中的应用》，高宏，黄开祥，高云，辛企明，云光技术，2， 1-5， 1993和《用 偏振相移共路剪切干涉仪测量光学非球面》，董文勇，王平，北京工商大学学报， 21 (3)， 2003)介绍了横向剪切条纹扫描干涉技术实现非球面的测量，它是横 向剪切干涉技术与相移技术的结合。剪切干涉法不需要借助参考镜或其他补偿 器，可以直接获得被测非球面的干涉条纹实现测量，不受被测面形类型的限制， 通用性强，而相移技术可使得测量精度达到入/100。但在横向剪切干涉中原始波 面与剪切波面的干涉区并不覆盖整个瞳面，无法对被测非球面进行完整的测量， 而且需要两个正交方向的横向剪切干涉测量结果才能恢复原始波面，图像处理 非常麻烦。同时，在这种技术中，相移是采用压电陶瓷(PZT)驱动，测量过程需要严格的隔振，因此无法实现普通环境下的测量，同时也很难实现实时动 态测量。在先技术之六(参见P. Hariharan et al. ， Measurement of aspheric surface using a micro-computer-controlled radial-shear interferometer采用微计算机控制 的径向剪切干涉仪实现非球面曲面测量,Optica Acta. 31(9), 1984)采用径向剪 切干涉技术结合相移技术实现非球面面形测量，其相移同样也本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于非球面面形测量的组合式干涉装置，有激光器（１），其特征在于，沿激光器（１）产生激光的水平前进方向依序设置空间滤波器（２）、扩束系统（３）、分光镜（４）、转换透镜（５）、被测非球面镜（２１）；所述激光再次经过分光镜（４）反射后形成第一垂直光路，在该垂直光路先后放置４５°偏振片（６）和第一光学平板（７），激光通过第一光学平板（７）后形成两条水平光路，在下面较小口径光路中沿激光前进方向依序设置垂直偏振片（８）、缩束系统（１０）、第一光楔（１２）、第二光楔（１３）；在上面较大口径光路中沿激光前进方向先后放置水平偏振片（９）、扩束系统（１１）、第三光楔（１４）、第四光楔（１５），在第二光楔（１３）和第四光楔（１５）之后放置第二光学平板（１６）；两路光通过第二光学平板（１６）后形成第二垂直光路，在该第二垂直光路沿激光前进方向依序设置分束光栅（１７）、１／４波片（１８）、偏振片组（１９）和ＣＣＤ（２０）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：朱勇建，尹韶辉，范玉峰，吕冰海，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]
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