本发明专利技术涉及一种基于双频干涉的面型测量装置和方法。本发明专利技术的核心思路为：激光器发出偏振态垂直、频率不同的参考光和测量光，利用分光干涉单元以及扫描单元得到具有被测镜信息的干涉光信号；面型绘制单元接收上述干涉光信号并得到被测点的形貌数据；扫描单元中的反射镜能够旋转、被测镜承载台能够运动，使得面型绘制单元能够得到被测镜上多个点的形貌数据及位置数据，进而能够进行被测镜的面型绘制。本发明专利技术的优点是：测量精度高、抗干扰能力强，对整个装置本身的要求降低；信号处理的难度相对很低；装置制造成本低，光学部件的面型测量成本降低。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于面型测量的光学装置，该装置基于双频干涉原理进行点探测，通过多点探测，进而获得面型的测量装置；本专利技术还涉及采用上述装置进行面型测量的方法。
技术介绍
光经过两种不同光学介质表面就会发生反射和折射，从波动光学的角度来看，也会影响光波的偏振态。所以光学部件的面型(包括轮廓以及表面精度)将会对反射光波和折射光波的偏振态造成重大影响，进而会影响包含该光学部件的光学系统的整体性能，因此需要研发出相应的技术来精确地测出光学器件的面型。现有技术中，对于光学部件面型的测量一般都是采用光学干涉的方法进行测量。光学干涉分为单频干涉和双频干涉。单频干涉形成是稳定的干涉条纹，输出的是直流量，比如牛顿环。双频干涉输出的是交流量，相位新型被调制在交流量上。目前的面型测量仪器普遍采用单频光学干涉的方法，其原理是光源发出两束光，这两束光具有相同的频率，一束由基准面反射、另外一束由测量面反射；两路光相遇后会产生干涉图案，通过对干涉图案的处理或者靠经验判断出被测光学器件的面型。然而，采用单频光学干涉的方法具有两个不足其一是，单频干涉方法的固有精度低、抗干扰能力差；其二是，干涉图案需要高性能的面探测器进行图形探测，并且由探测图形解调出被测镜的面型的算法十分的复杂。为了达到足够的测量精度，参考镜需要具有很大的通光孔径，且通光孔径内的像差必须优化到相当低的水平，而大孔径的参考镜的制作难度很大、制造成本十分闻昂。为了解决参考镜制作困难的问题，现有技术中还有利用探针逐点测出被测镜每一点的坐标，然后用计算绘出整个被测镜的形貌的替代方法。不过该方案要么精度依然依赖于孔径，并且系统复杂；要么在测量过程中要引入运动台的误差，因此这种方案很难做到镜面面型精度级别的测量。针对上述问题，有必要提出一种改进的光学部件面型测量装置。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有各种面型测量装置精度低、抗干扰能力差、结构和算法复杂且制作成本高的不足，提供一种结构和算法简单、成本低、精度较高的面型测量装置。为解决上述问题，本专利技术所采用的技术手段是一种基于双频干涉的面型测量装置，包括分光干涉单元、扫描单元以及面型绘制单元。所述分光干涉单元将激光器发出的光在空间上分离为参考光与测量光，所述参考光与所述测量光的频率不同，且偏振态相差90° ;将所述测量光发射至所述扫描单元，并会聚从所述扫描单元返回的携带被测镜信息的测量光，使所述参考光与所述携带被测镜信息的测量光发生干涉形成干涉光信号，将所述干涉光信号通过导光光纤传输至所述面型绘制单元。所述扫描单元包括扫描透镜、反射镜、被测镜承载台，所述分光干涉单元发射的测量光经所述扫描透镜后被所述反射镜反射并聚焦在所述被测镜上，扫描所述被测镜并形成携带被测镜信息的测量光，所述携带被测镜信息的测量光原路返回至所述分光干涉单元；所述反射镜能够旋转，转轴穿过被测点的曲率中心并与所述扫描透镜的主光轴垂直，且所述转轴与所述扫描透镜之间的距离加上所述被测点的曲率半径之和等于所述扫描透镜的焦距；所述被测镜承载台使得被测镜至少在与所述扫描透镜的主光轴平行的平面内能够运动；所述面型绘制单元根据所述干涉光信号得到被测镜上被测点的形貌数据、根据所述扫描单元得到被测镜上被测点的位置数据，进行多个被测点的测量，进而绘制所述被测镜的面型。本专利技术所要解决的又一技术问题是提供一种与上述装置所对应的面型测量方法。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是一种面型测量的方法，包括以下步骤所述分光干涉单元将激光器发出的不同频率及不同偏振态的光在空间上分离为参考光与测量光；所述参考光入射所述分光干涉单元；所述测量光入射所述分光干涉单元后出射至所述扫描单元，携带被测镜信息后自所述扫描单元返回所述分光干涉单元；所述参考光与所述携带被测镜信息的测量光发生干涉并形成干涉光信号；所述面型绘制单元接收所述干涉光信号，并计算出所述被测镜的镜面上的被测点的形貌数据。所述面型绘制单元与所述扫描单元连接，并根据所述反射镜的偏摆角度以及所述被测镜承载台的位置和角度，计算出所述被测镜的镜面上的被测点的位置数据。进行扫描流程，所述反射镜进行旋转，所述被测镜承载台驱动被测镜运动，所述面型绘制单元得到所述被测镜上预定数量的被测点的形貌数据和位置数据，并进行所述被测镜的面型绘制。优选的，所述进行扫描流程包括以下步骤步骤一，将所述面型绘制单元和所述扫描单元初始化；所述面型绘制单元的面型数据初始化为标称零点，所述扫描单元初始化被测镜扫描区域大小和初始扫描位置，以及所述反射镜的扫描初始位置；步骤二，所述反射镜在所述扫描单元的控制下正向转动设定角度，判断是否完成扫描，如果已经完成，那么停止扫描；如果没有完成，那么所述被测镜在所述扫描单元的控制下运动一步；步骤三，所述反射镜在所述扫描单元的控制下反向转动设定角度，判断是否完成扫描，如果已经完成，那么停止扫描；如果没有完成，那么所述被测镜在所述扫描单元的控制下运动一步；步骤四，重复步骤二、步骤三，直至完成扫描流程。优选的，所述反射镜在所述扫描单元的控制下正向或者反向转动设定角度之前还包括调整所述面型绘制单元中形貌数据的读数的步骤，使所述面型绘制单元中的形貌数据与所述被测镜承载台最近一次运动前的最后一次形貌数据读数相等。优选的，当所述被测镜的被测表面在所述被测镜承载台上的投影为矩形时，所述初始扫描位置在所述被测镜的被测表面的一角，所述被测镜在所述扫描单元的控制下平移。优选的，当所述被测镜的被测表面在所述被测镜承载台上的投影为圆形或扇形时，所述初始扫描位置在所述圆形或扇形的圆心所对应的被测镜上的点，所述被测镜在所述扫描单元的控制下转动。 优选的，所述被测镜确认扫描区域大小之前还包括对所述被测镜进行虚拟构图的步骤，通过加入虚拟块，将所述被测镜的被测表面在所述被测镜承载台上的投影虚拟成矩形、圆形或者扇形的一种，完成所述扫描流程之后还包括剔除所述虚拟块的步骤。本专利技术的基于双频干涉的面型测量装置和方法，完全不同于现有的面型测量技术，其利用扫描透镜的旋转以及被测镜承载台的移动，使得面型绘制装置能够得到被测镜表面上多点的形貌数据和位置数据，进而能够进行被测镜表面面型绘制。本专利技术具有以下优点测量精度高、抗干扰能力强，对整个装置本身的要求降低；信号处理的难度相对很低；装置制造成本低，光学部件的面型测量成本降低。本专利技术尤其适用于大型天文望远镜的反射镜的面型测量。附图说明 图I为实施例一的面型测量装置的结构示意图；图2为图I所示装置的面型扫描流程图；图3为当被测镜的被测表面在所述被测镜承载台上的投影为矩形时，图I所示的装置在被测镜上的扫描轨迹；图4为当被测镜的被测表面在所述被测镜承载台上的投影为圆形时，图I所示的装置在被测镜上的扫描轨迹；图5为实施例二的面型测量装置的结构示意图。具体实施例方式实施例一参见图I所公布的面型测量装置的结构示意图。该装置主要由以下部分组成分光干涉单元、扫描单元以及面型绘制单元，所述面型测量装置还包括激光器11为所述分光干涉单元提供激光源。以下将对上述分光干涉单元、扫描单元以及面型绘制单元的结构进行介绍。所述分光干涉单元主要包括图I中虚线框的左边部分，即偏振分光棱镜1，根据入射光的偏振态的不同而将入射光反射或者透射，其中被反射的入射光本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于双频干涉的面型测量装置，其特征在于，包括分光干涉单元、扫描单元以及面型绘制单元； 所述分光干涉单元将激光器发出的光在空间上分离为参考光与测量光，所述参考光与所述测量光的频率不同，且偏振态相差90° ;将所述测量光发射至所述扫描单元，并会聚从所述扫描单元返回的携带被测镜信息的测量光，使所述参考光与所述携带被测镜信息的测量光发生干涉形成干涉光信号，将所述干涉光信号传输至所述面型绘制单元； 所述扫描单元包括扫描透镜、反射镜、被测镜承载台，所述分光干涉单元发射的测量光经所述扫描透镜后被所述反射镜反射并聚焦在所述被测镜上，扫描所述被测镜并形成携带被测镜信息的测量光，所述携带被测镜信息的测量光原路返回至所述分光干涉单元；其中所述反射镜能够旋转，转轴穿过被测点的曲率中心并与所述扫描透镜的主光轴垂直，且所述转轴与所述扫描透镜之间的距离加上所述被测点的曲率半径之和等于所述扫描透镜的焦距；所述被测镜承载台使得被测镜至少在与所述扫描透镜的主光轴平行的平面内能够运动； 所述面型绘制单元根据所述干涉光信号得到被测镜上被测点的形貌数据、根据所述扫描单元得到被测镜上被测点的位置数据，进行多个被测点的测量，进而绘制所述被测镜的面型。2.如权利要求I所述的面型测量装置，其特征在于，所述分光干涉单元包括偏振分光棱镜，根据入射光的偏振态的不同而将所述参考光反射以及将所述测量光透射；第一波片，所述偏振分光棱镜反射出的参考光被所述第一波片反射回所述偏振分光棱镜且使得所述参考光的偏振态旋转90°，所述参考光再从所述偏振分光棱镜透射；第二波片，为四分之一波片，所述偏振分光棱镜透射出的测量光透射所述第二波片，经过所述扫描单元后聚焦在所述被测镜上，然后自所述被测镜原路返回，再次经过所述第二波片后，所述携带被测镜信息的测量光的偏振态旋转90°并被所述偏振分光棱镜反射；准直镜，所述由偏振分光棱镜透射的参考光和由偏振分光棱镜反射的携带被测镜信息的测量光进入所述准直镜并发生干涉。3.如权利要求2所述的面型测量装置，其特征在于所述第一波片由第一四分之一波片，以及镀在所述第一四分之一波片的背部的反射膜组成。4.如权利要求2所述的面型测量装置，其特征在于所述第一波片由第二四分之一波片以及设置于所述第二四分之一波片的背部的角锥棱镜组成，所述角锥棱镜的入射面靠近所述第二四分之一波片且与所述第二四分之一波片的表面平行。5.如权利要求2所述的面型测量装置，其特征在于所述偏振分光棱镜、所述第一波片、所述第二波片粘合成为一体式光学部件。6.如权利要求2所述的面型测量装置，其特征在于所述准直镜位于所述偏振分光棱镜背对所述第一波片的一侧，所述准直镜通过导光光纤将所述干涉光信号导入所述面型绘制单兀。7.如权利要求2所述的面型测量装置，其特征在于所述准直镜内设置有聚光透镜和位于所述聚光透镜出射方向的检偏器。8.如权利要求I所述的面型测量装置，其特征在于所述被测镜具有圆筒状被测表面，所述反光镜的转轴位于所述圆筒状被测表面的轴心处。9.如权利要求I所述的面型测量装置，其特征在于所述被测镜具有圆球状被测表面，所述反光镜的转轴穿过所...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖鹏飞，张志平，张晓文，任胜伟，池峰，陈勇辉，
申请(专利权)人：上海微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：
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