纖準(zhǔn)直透鏡、可調(diào)光闌、光纖耦合透鏡、光纖組成；偏振控制器302由依次連接的光纖四分 之一波片、光纖半波片、光纖四分之一波片組成。相移器4采用圖3(a)所示的結(jié)構(gòu)。第二光 強(qiáng)與偏振態(tài)調(diào)節(jié)器5的結(jié)構(gòu)與第一光強(qiáng)與偏振態(tài)調(diào)節(jié)器3相同。光程可調(diào)光路2A和光程 固定光路2B是光纖光路。理想波前發(fā)生單元6采用圖4所示結(jié)構(gòu)。物方精密調(diào)節(jié)臺7是 具有X、Y、Z三個(gè)線性自由度和XΘ、γΘ、ΖΘ三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度的六維精密位移臺實(shí)現(xiàn)。被 測光學(xué)系統(tǒng)8是微縮投影物鏡。像方波前檢測單元9采用圖8(c)所示結(jié)構(gòu)；像方掩模901 采用圖9 (b)所示結(jié)構(gòu)，透光窗口 901b采用圓環(huán)形的優(yōu)點(diǎn)是能夠降低測試過程中步驟2)的 對準(zhǔn)難度。像方精密調(diào)節(jié)臺10也是具有X、Y、Z三個(gè)線性自由度和Xθ、γθ、ΖΘ三個(gè)旋轉(zhuǎn) 自由度的六維精密位移臺。數(shù)據(jù)處理單元11是存儲干涉圖，進(jìn)行干涉圖分析處理以獲取波 像差的計(jì)算機(jī)。
[0071]圖11是本發(fā)明點(diǎn)衍射干涉波像差測量儀第二個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。光源1是 自由空間平行光輸出的激光器。分光器2是分束棱鏡。第一光強(qiáng)與偏振態(tài)調(diào)節(jié)器3是僅調(diào) 節(jié)光功率的在不同扇形區(qū)域鍍有不同衰減膜的旋轉(zhuǎn)玻璃片。相移器4采用圖3(b)所示的 結(jié)構(gòu)。第二光強(qiáng)與偏振態(tài)調(diào)節(jié)器5是僅調(diào)節(jié)光功率的可變光闌。光程可調(diào)光路2A和光程 固定光路2B是自由空間光路；光程可調(diào)光路2A上的反射鏡Ml和M2,光程固定光路2B上 的反射鏡M3、M4、M5、M6僅用來改變光的傳輸方向。理想波前發(fā)生單元6采用圖7所示結(jié) 構(gòu)。像方波前檢測單元9采用圖8(a)所示結(jié)構(gòu)；像方掩模901采用圖9(a)所示結(jié)構(gòu)。其 他與圖10第一個(gè)實(shí)施例相同。
[0072] 利用圖10或圖11所述的點(diǎn)衍射干涉波像差測量儀檢測被測光學(xué)系統(tǒng)波像差的方 法，其特征在于包括下列步驟：
[0073] 1)移動(dòng)物方精密調(diào)節(jié)臺7,使理想波前發(fā)生單元6的第一輸出端6C和第二輸出端 6D位于被測光學(xué)系統(tǒng)8需要測量的視場點(diǎn)的位置；
[0074] 2)移動(dòng)像方精密調(diào)節(jié)臺10,進(jìn)行精密對準(zhǔn)，使理想波前發(fā)生單元6的第一輸出端 6C的像點(diǎn)與像方掩模901的濾波圓孔901a的中心對準(zhǔn)，第二輸出端6D的像點(diǎn)位于像方掩 模901的透光窗口901b內(nèi)部；
[0075] 3)調(diào)節(jié)第一光強(qiáng)與偏振態(tài)調(diào)節(jié)器3和第二光強(qiáng)與偏振態(tài)調(diào)節(jié)器5,使光電傳感器 902采集到的干涉圖的最大光強(qiáng)達(dá)到光電傳感器902飽和光強(qiáng)的0.6~0. 9,干涉可見度達(dá) 到0. 6以上；相移器4和光電傳感器902重復(fù)5次相移量π/2的相移和干涉圖采集，得到 5幅相互間依次具有相移量：π/2的干涉圖，干涉圖的光強(qiáng)分布依次分別表不為Ial，Ia2， Ia3,Ia4,Ia5;按照式（4)所示的算法對該組干涉圖進(jìn)行相位提取得到包裹相位分布WRa， wi^il位解包裹后得到相位分布wa;
[0076]
[0077] 4)移動(dòng)像方精密調(diào)節(jié)臺10,進(jìn)行精密對準(zhǔn)，使理想波前發(fā)生單元6的第二輸出端 6D的像點(diǎn)與像方掩模901的濾波圓孔901a的中心對準(zhǔn)，第一輸出端6C的像點(diǎn)位于像方掩 模901的透光窗口901b內(nèi)部；
[0078] 5)調(diào)節(jié)第一光強(qiáng)與偏振態(tài)調(diào)節(jié)器3和第二光強(qiáng)與偏振態(tài)調(diào)節(jié)器5,使光電傳感器 902采集到的干涉圖的最大光強(qiáng)達(dá)到光電傳感器902飽和光強(qiáng)的0.6~0. 9,干涉可見度達(dá) 到0. 6以上；相移器4和光電傳感器902重復(fù)5次相移量π/2的相移和干涉圖采集，得到 5幅相互間依次具有相移量：π/2的干涉圖，干涉圖的光強(qiáng)分布依次分別表不為Ibl，Ib2， Ib3,Ib4,Ib5;按照式（5)所示的算法對該組干涉圖進(jìn)行相位提取得到包裹相位分布WRb， WRb相位解包裹后得到相位分布Wb;
[0079]
( 5 )
[0080]6)利用公式
十算計(jì)算被測光學(xué)系統(tǒng)8在所測量的視場點(diǎn)的波像差 W，利用公式
叮得到點(diǎn)衍射干涉波像差測量儀的系統(tǒng)誤差。
[0081] 所述的進(jìn)行相位提取的算法采用反正切形式表示，得到的相位分布被截?cái)喑蔀槎?個(gè)2π范圍內(nèi)變化的區(qū)域，稱為包裹相位；為最終得到連續(xù)的相位信息，將多個(gè)截?cái)嘞辔坏?區(qū)域拼接展開成連續(xù)相位，這個(gè)過程稱為相位解包裹。
[0082] 上述的實(shí)施例具有高干涉條紋可見度、可標(biāo)定及消除完整被測范圍內(nèi)的系統(tǒng)誤 差、測量過程具有平均效果、檢測步驟簡單等優(yōu)點(diǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種點(diǎn)衍射干涉波像差測量儀，構(gòu)成包括：光源（I)、分光器（2)、第一光強(qiáng)與偏振態(tài) 調(diào)節(jié)器（3)、相移器（4)、第二光強(qiáng)與偏振態(tài)調(diào)節(jié)器（5)、理想波前發(fā)生單元（6)、物方精密調(diào) 節(jié)臺（7)、被測光學(xué)系統(tǒng)（8)、像方波前檢測單元（9)、像方精密調(diào)節(jié)臺（10)和數(shù)據(jù)處理單元 (11);所述的理想波前發(fā)生單元（6)是將從其第一輸入端（6A)和第二輸入端（6B)輸入的 光轉(zhuǎn)換成在被測光學(xué)系統(tǒng)（8)的物方數(shù)值孔徑范圍內(nèi)是標(biāo)準(zhǔn)球面波，并分別從其第一輸出 端（6C)或第二輸出端（6D)輸出的光學(xué)組件；其特征在于所述的理想波前發(fā)生單元（6)的 第一輸出端（6C)和第二輸出端（6D)之間的中心距離s/J、于被測光學(xué)系統(tǒng)（8)的等暈區(qū) 的直徑，而大于被測光學(xué)系統(tǒng)（8)像點(diǎn)彌散斑的直徑除以被測光學(xué)系統(tǒng)（8)的放大倍數(shù)。2. 利用權(quán)利要求1所述的點(diǎn)衍射干涉波像差測量儀對被測光學(xué)系統(tǒng)波像差的檢測方 法，其特征在于該方法包括下列步驟： 1) 移動(dòng)物方精密調(diào)節(jié)臺（7)，使理想波前發(fā)生單元(6)的第一輸出端或第二輸出端位 于被測光學(xué)系統(tǒng)（8)需要測量的視場點(diǎn)的位置； 2) 移動(dòng)像方精密調(diào)節(jié)臺（10)，進(jìn)行精密對準(zhǔn)，使理想波前發(fā)生單元(6)的第一輸出端 的像點(diǎn)與像方掩模的濾波圓孔的中心對準(zhǔn)，第二輸出端的像點(diǎn)位于像方掩模的透光窗口內(nèi) 部； 3) 調(diào)節(jié)第一光強(qiáng)與偏振態(tài)調(diào)節(jié)器和第二光強(qiáng)與偏振態(tài)調(diào)節(jié)器，使光電傳感器采集到的 干涉圖的強(qiáng)度達(dá)到光電傳感器的飽和光強(qiáng)的〇. 6~0. 9,干涉可見度達(dá)到0. 6以上；通過所 述的相移器進(jìn)行相移量S的相移，所述的光電傳感器采集干涉圖，再通過所述的相移器進(jìn) 行相移量S的相移，所述的光電傳感器采集另一幅干涉圖，重復(fù)m次，得到一組依次相應(yīng)的 m幅干涉圖：Ial，Ia2，…，Iam ;對該組干涉圖進(jìn)行相位提取和相位解包裹后得到相位分布 Wa; 4) 移動(dòng)像方精密調(diào)節(jié)臺，進(jìn)行精密對準(zhǔn)，使理想波前發(fā)生單元的第二輸出端的像點(diǎn)與 像方掩模的濾波圓孔的中心對準(zhǔn)，第一輸出端的像點(diǎn)位于像方掩模的透光窗口內(nèi)部； 5) 調(diào)節(jié)第一光強(qiáng)與偏振態(tài)調(diào)節(jié)器和第二光強(qiáng)與偏振態(tài)調(diào)節(jié)器，使光電傳感器采集到的 干涉圖的強(qiáng)度達(dá)到光電傳感器飽和光強(qiáng)的〇. 6~0. 9,干涉可見度達(dá)到0. 6以上；通過所述 的相移器進(jìn)行相移量S的相移共m次，每次所述的光電傳感器采集一幅干涉圖，得到一組 干涉圖的光強(qiáng)分布依次為Ibl，Ib2，…，Ibm ;對該組干涉圖進(jìn)行相位提取和相位解包裹后 得到相位分布Wb; 6) 利用公式f計(jì)算被測光學(xué)系統(tǒng)在所測量的視場點(diǎn)的波像差W，利用公 式算點(diǎn)衍射干涉波像差測量儀的系統(tǒng)誤差。
【專利摘要】一種點(diǎn)衍射干涉波像差測量儀及光學(xué)系統(tǒng)波像差的檢測方法,所述的點(diǎn)衍射干涉波像差測量儀由光源、分光器、第一光強(qiáng)與偏振態(tài)調(diào)節(jié)器、相移器、第二光強(qiáng)與偏振態(tài)調(diào)節(jié)器、理想波前發(fā)生單元、物方精密調(diào)節(jié)臺、被測光學(xué)系統(tǒng)、像方波前檢測單元、像方精密調(diào)節(jié)臺和數(shù)據(jù)處理單元組成，特點(diǎn)在于理想波前發(fā)生單元的第一輸出端和第二輸出端之間的中心距離小于被測光學(xué)系統(tǒng)的等暈區(qū)的直徑，大于被測光學(xué)系統(tǒng)像點(diǎn)彌散斑的直徑除以被測光學(xué)系統(tǒng)的放大倍數(shù)。本發(fā)明測量儀具有檢測步驟簡單、測量過程具有平均效果、可實(shí)現(xiàn)完整數(shù)值孔徑的系統(tǒng)誤差標(biāo)定和消除等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G01M11/02
【公開號】CN105424325
【申請?zhí)枴緾N201510982270
【發(fā)明人】王向朝, 唐鋒, 張國先, 徐世福
【申請人】中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年12月24日