基于液晶空間光調(diào)制器非球面計(jì)算全息干涉檢測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】基于液晶空間光調(diào)制器非球面計(jì)算全息干涉檢測(cè)裝置，涉及一種計(jì)算全息干涉檢測(cè)裝置。其包括數(shù)字相移干涉儀(1)、標(biāo)準(zhǔn)平面參考鏡(2)、光闌(3)、分光鏡(4)、擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡(5)、零位補(bǔ)償透鏡(6)、偏振片(8)和液晶空間光調(diào)制器(9)。該裝置能夠解決光學(xué)全息片加工周期長(zhǎng)、加工成本高以及靈活性差的問題；并能克服單純采用數(shù)字相移干涉儀只能測(cè)量淺度非球面的問題。本實(shí)用新型將數(shù)字相移干涉儀與液晶空間光調(diào)制器相結(jié)合，又引入零位補(bǔ)償鏡，通過雙光路干涉原理，實(shí)現(xiàn)非球面的計(jì)算全息干涉計(jì)量。液晶空間光調(diào)制器加載全息圖的實(shí)時(shí)性可滿足非球面的在線檢測(cè)。本實(shí)用新型適用于小尺度非球面反射鏡的計(jì)算全息干涉檢測(cè)。
【專利說明】基于液晶空間光調(diào)制器非球面計(jì)算全息干涉檢測(cè)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種計(jì)算全息干涉檢測(cè)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]非球面光學(xué)元件由于具有可消除各種像差，減少光能損失，獲得高品質(zhì)的圖像等良好的光學(xué)特性，被廣泛應(yīng)用到天文、航空、航天、軍事、工業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域中。非球面鏡的大量使用促使非球面光學(xué)元件的加工需求飛速增長(zhǎng)，但是非球面檢測(cè)技術(shù)的水平卻是制約著非球面鏡廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素，因此非球面檢測(cè)技術(shù)的研究已經(jīng)成為現(xiàn)代光學(xué)測(cè)量領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。目前非球面檢測(cè)技術(shù)中計(jì)算全息干涉法以其測(cè)量精度高、靈敏度高的優(yōu)勢(shì)成為非球面檢測(cè)的主要途徑。
[0003]2006年，長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所在紅外與激光工程上發(fā)表的文章《大口徑非球面計(jì)算全息圖檢測(cè)系統(tǒng)》提出了在曲面基底上寫入全息圖，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)非球面波前進(jìn)行非球面測(cè)量的方法，降低了計(jì)算全息圖和補(bǔ)償鏡的制作精度；2009年A.G.Poleshchuk等人在OPTICS EXPRESS上發(fā)表文章〈〈Combined computer-generated hologram for testingsteep aspheric surfaces》提出利用組合型的計(jì)算全息圖進(jìn)行非球面檢測(cè)，由相位全息圖產(chǎn)生測(cè)試波前，振幅全息圖產(chǎn)生參考波前，這種組合全息減小了基板的波前畸變，提高了測(cè)試精度。但是上述提到的方法在檢測(cè)非球面時(shí)都需要針對(duì)被測(cè)非球面尺寸制作特定的光學(xué)全息片，需要較長(zhǎng)的加工周期和較高的加工成本，并且無法實(shí)現(xiàn)非球面加工過程的在線檢測(cè)。
[0004]發(fā)明專利《實(shí)時(shí)部分零位補(bǔ)償光學(xué)零位非球面面型檢測(cè)方法》(專利號(hào):CN102374851 A)和實(shí)用新型《用液晶顯示器件的計(jì)算全息非球面干涉測(cè)量?jī)x》(專利號(hào):CN2679645 Y)都提出了用液晶器件作為計(jì)算全息圖的載體，通過與零位補(bǔ)償鏡相結(jié)合，對(duì)非球面波前進(jìn)行零位補(bǔ)償以擴(kuò)大非球面測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍。其存在的問題是:檢測(cè)裝置中光學(xué)元件較多，不但損失光能較大，而且增加了調(diào)校光路的難度；透射式液晶器件衍射效率和分辨率較低；并且上述測(cè)量光路需要自行開發(fā)干涉圖處理軟件來分析測(cè)量結(jié)果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型是為了解決光學(xué)全息片加工周期長(zhǎng)、加工成本高、以及無法實(shí)現(xiàn)非球面加工過程的在線檢測(cè)的問題；單純采用數(shù)字相移干涉儀只能測(cè)量淺度非球面的問題；以及現(xiàn)有的非球面檢測(cè)裝置中光學(xué)元件較多，光路調(diào)校難，光能衰減大，分析干涉圖難等問題，提出一種基于液晶空間光調(diào)制器非球面計(jì)算全息干涉檢測(cè)裝置。
[0006]基于液晶空間光調(diào)制器非球面計(jì)算全息干涉檢測(cè)裝置，它包括數(shù)字相移干涉儀1、標(biāo)準(zhǔn)平面參考鏡2、光闌3、分光鏡4、擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡5、零位補(bǔ)償透鏡6、待檢非球面鏡7、偏振片8、液晶空間光調(diào)制器9和計(jì)算機(jī)10。
[0007]數(shù)字相移干涉儀I發(fā)出的激光經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)平面參考鏡2透射和光闌3限束后，入射至分光鏡4，經(jīng)所述分光鏡4分束成透射光和反射光，所述透射光經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡5擴(kuò)束和零位補(bǔ)償透鏡6聚焦后入射至待檢非球面鏡7，并經(jīng)待檢非球面鏡7反射形成測(cè)試光，所述測(cè)試光經(jīng)零位補(bǔ)償透鏡6和擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡5，返回至分光鏡4 ；
[0008]所述反射光經(jīng)偏振片8入射至液晶空間光調(diào)制器9，經(jīng)液晶空間光調(diào)制器9調(diào)制獲得參考光；所述參考光經(jīng)偏振片8返回至分光鏡4。所述測(cè)試光與參考光發(fā)生干涉，形成干涉光，所述干涉光經(jīng)光闌3和標(biāo)準(zhǔn)平面參考鏡2，返回至數(shù)字相移干涉儀I的成像系統(tǒng)；
[0009]所述計(jì)算機(jī)10的一路輸出端與液晶空間光調(diào)制器9的輸入端連接，所述計(jì)算機(jī)10的另外二路輸入和輸出端與數(shù)字相移干涉儀I的輸出和輸入端連接，完成對(duì)液晶空間光調(diào)制器9和數(shù)字相移干涉儀I的控制任務(wù)。
[0010]本實(shí)用新型的有益效果:
[0011]1、將數(shù)字相移干涉儀與液晶空間光調(diào)制器相結(jié)合，克服了單純采用數(shù)字相移干涉儀只能測(cè)量淺度非球面的問題；
[0012]2、采用反射式純相位液晶空間光調(diào)制器，其像元尺寸小、分辨率高、衍射效率高，用該器件作為記錄和顯示計(jì)算全息的載體，能夠?qū)崟r(shí)顯示與被測(cè)非球面相關(guān)的波像差；
[0013]3、利用零位補(bǔ)償透鏡輔助測(cè)量，能夠最大限度降低計(jì)算全息圖的空間帶寬積，有助于解決液晶空間光調(diào)制器由于較小的工作孔徑和有限的空間分辨率對(duì)被測(cè)非球面鏡曲率的限制；
[0014]4、直接利用數(shù)字相移干涉儀的光源、標(biāo)準(zhǔn)平面參考鏡和成像系統(tǒng)，減少了測(cè)試光路光學(xué)元件數(shù)量，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，降低了裝調(diào)誤差。直接利用數(shù)字相移干涉儀強(qiáng)大的干涉圖處理軟件，無需購買或自行開發(fā)干涉圖分析軟件，降低了測(cè)量結(jié)果分析的難度，提高了測(cè)量精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2是ZEMAX追跡的測(cè)試臂光路示意圖；

【具體實(shí)施方式】
[0017]【具體實(shí)施方式】一、結(jié)合圖1說明本【具體實(shí)施方式】，基于液晶空間光調(diào)制器非球面計(jì)算全息干涉檢測(cè)裝置，它包括數(shù)字相移干涉儀1、標(biāo)準(zhǔn)平面參考鏡2、光闌3、分光鏡4、擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡5、零位補(bǔ)償透鏡6、待檢非球面鏡7、偏振片8、液晶空間光調(diào)制器9和計(jì)算機(jī)10 ；
[0018]所述數(shù)字相移干涉儀I發(fā)出的激光經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)平面參考鏡2透射和光闌3限束后，入射至分光鏡4，經(jīng)所述分光鏡4分束成透射光和反射光，所述透射光經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡5擴(kuò)束和零位補(bǔ)償透鏡6聚焦后入射至待檢非球面鏡7，并經(jīng)待檢非球面鏡7反射形成測(cè)試光，所述測(cè)試光經(jīng)零位補(bǔ)償透鏡6和擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡5，返回至分光鏡4 ；
[0019]所述反射光經(jīng)偏振片8入射至液晶空間光調(diào)制器9，經(jīng)液晶空間光調(diào)制器9調(diào)制獲得參考光；所述參考光經(jīng)偏振片8返回至分光鏡4。所述測(cè)試光與參考光發(fā)生干涉，形成干涉光，所述干涉光經(jīng)光闌3和標(biāo)準(zhǔn)平面參考鏡2，返回至數(shù)字相移干涉儀I的成像系統(tǒng)。
[0020]【具體實(shí)施方式】二、本【具體實(shí)施方式】與【具體實(shí)施方式】一所述的基于液晶空間光調(diào)制器非球面計(jì)算全息干涉檢測(cè)裝置的區(qū)別在于，它還包括計(jì)算機(jī)10，所述計(jì)算機(jī)10的一路輸出端與液晶空間光調(diào)制器9的輸入端連接，所述計(jì)算機(jī)10的另外二路輸入和輸出端與數(shù)字相移干涉儀I的輸出和輸入端連接，完成對(duì)液晶空間光調(diào)制器9和數(shù)字相移干涉儀I的控制任務(wù)。
[0021]【具體實(shí)施方式】三、本【具體實(shí)施方式】與【具體實(shí)施方式】一所述的基于液晶空間光調(diào)制器非球面計(jì)算全息干涉檢測(cè)裝置的區(qū)別在于，標(biāo)準(zhǔn)平面參考鏡2偏離測(cè)量光路光軸的垂直方向2度至3度，避免其反射光與干涉光再次干涉。
[0022]【具體實(shí)施方式】四、本【具體實(shí)施方式】與【具體實(shí)施方式】一所述的基于液晶空間光調(diào)制器非球面計(jì)算全息干涉檢測(cè)裝置的區(qū)別在于，液晶空間光調(diào)制器9是電尋址反射式純相位液晶空間光調(diào)制器。
[0023]【具體實(shí)施方式】五、本【具體實(shí)施方式】與【具體實(shí)施方式】一所述的基于液晶空間光調(diào)制器非球面計(jì)算全息干涉檢測(cè)裝置的區(qū)別在于，擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡5，零位補(bǔ)償透鏡6和待檢非球面鏡7要調(diào)校至同軸。
[0024]【具體實(shí)施方式】六、本【具體實(shí)施方式】與【具體實(shí)施方式】一所述的基于液晶空間光調(diào)制器非球面計(jì)算全息干涉檢測(cè)裝置的區(qū)別在于，零位補(bǔ)償透鏡6的像方焦點(diǎn)與待檢非球面鏡7的曲率中心重合。
[0025]工作原理:標(biāo)準(zhǔn)平面參考鏡2被調(diào)節(jié)成相對(duì)于測(cè)量光路光軸的垂直方向傾斜2度到3度的角度，使得測(cè)試光路反射回來的測(cè)試光不與標(biāo)準(zhǔn)平面參考鏡2反射的參考光相干涉，而是與液晶空間光調(diào)制器9反射的調(diào)制光相干涉。零位補(bǔ)償透鏡6的像方焦點(diǎn)與待檢非球面鏡7的曲率中心重合。分光鏡4將標(biāo)準(zhǔn)平面波分成兩路，其中一路光經(jīng)過擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡5和零位補(bǔ)償透鏡6入射到待檢非球面7，并反射回來作為測(cè)試波；另一路光經(jīng)分光鏡4和偏振片8入射到液晶空間光調(diào)制器9，經(jīng)過調(diào)制作為參考光。加載到液晶空間光調(diào)制器9上的計(jì)算全息圖，由計(jì)算機(jī)10計(jì)算得到的，其原理是:對(duì)測(cè)試臂進(jìn)行光線追跡求取分光鏡處的波像差表達(dá)式及Zernike系數(shù)，得到波像差數(shù)學(xué)模型，然后通過一種計(jì)算全息編碼得到波像差的全息圖。測(cè)試光和參考光在分光鏡4處疊加產(chǎn)生干涉圖返回到數(shù)字相移干涉儀I中的成像系統(tǒng)中，并由計(jì)算機(jī)10顯示。測(cè)試光和液晶空間光調(diào)制器9調(diào)制的參考光在分光鏡4處產(chǎn)生的干涉圖樣，干涉圖攜帶有非球面面型誤差信息，應(yīng)用干涉儀的干涉圖分析軟件可直接得到非球面的面型誤差。
【權(quán)利要求】
1.基于液晶空間光調(diào)制器非球面計(jì)算全息干涉檢測(cè)裝置，其特征是:它包括數(shù)字相移干涉儀(I)、標(biāo)準(zhǔn)平面參考鏡(2)、光闌(3)、分光鏡(4)、擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡(5)、零位補(bǔ)償透鏡(6)、偏振片⑶和液晶空間光調(diào)制器(9)； 數(shù)字相移干涉儀(I)發(fā)出的激光經(jīng)所述標(biāo)準(zhǔn)平面參考鏡(2)透射和光闌(3)縮束后，入射至分光鏡(4)，經(jīng)所述分光鏡(4)分束成透射光和反射光，所述透射光經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡(5)擴(kuò)束和零位補(bǔ)償透鏡(6)聚焦后入射至待檢非球面鏡(7)，并經(jīng)待檢非球面鏡(7)反射形成測(cè)試光，所述測(cè)試光經(jīng)零位補(bǔ)償透鏡(6)和擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡(5)，返回至分光鏡(4)； 所述反射光經(jīng)所述偏振片(8)入射至液晶空間光調(diào)制器(9)，經(jīng)液晶空間光調(diào)制器(9)調(diào)制獲得參考光；所述參考光經(jīng)偏振片(8)返回至分光鏡(4);所述測(cè)試光與參考光發(fā)生干涉，形成干涉光，所述干涉光經(jīng)光闌(3)和標(biāo)準(zhǔn)平面參考鏡(2)，返回至數(shù)字相移干涉儀(I)的成像系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于液晶空間光調(diào)制器非球面計(jì)算全息干涉檢測(cè)裝置，其特征在于它還包括計(jì)算機(jī)(10)，所述計(jì)算機(jī)(10)的輸出端與液晶空間光調(diào)制器(9)的輸入端連接，所述計(jì)算機(jī)(10)的另外二路輸入和輸出端與數(shù)字相移干涉儀(I)的輸出和輸入端連接，完成對(duì)液晶空間光調(diào)制器(9)和數(shù)字相移干涉儀⑴的控制任務(wù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于液晶空間光調(diào)制器非球面計(jì)算全息干涉檢測(cè)裝置，其特征在于標(biāo)準(zhǔn)平面參考鏡(2)偏離測(cè)量光路光軸的垂直方向2度至3度，避免其反射光與干涉光再次干涉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于液晶空間光調(diào)制器非球面計(jì)算全息干涉檢測(cè)裝置，其特征在于液晶空間光調(diào)制器(9)是電尋址反射式純相位液晶空間光調(diào)制器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于液晶空間光調(diào)制器非球面計(jì)算全息干涉檢測(cè)裝置，其特征在于擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡(5)，零位補(bǔ)償透鏡(6)和待檢非球面鏡(7)要調(diào)校至同軸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于液晶空間光調(diào)制器非球面計(jì)算全息干涉檢測(cè)裝置，其特征在于零位補(bǔ)償透鏡￠)的像方焦點(diǎn)與待檢非球面鏡(7)的頂點(diǎn)曲率中心重合。
【文檔編號(hào)】G01B11/24GK203964879SQ201420441536
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】張洪鑫, 周昊, 燕宇, 喬玉晶, 司俊山, 馬薇 申請(qǐng)人:哈爾濱理工大學(xué)