本申请提供的波前干涉测量系统，包括：可调谐激光器(1)、He‑Ne激光器(2)、第一二向色镜第二准直透镜(7)、第一分束镜(8)、第二分束镜(9)、第三准直透镜(10)、空间光调制器(11)、光圈(12)、第一相机物镜(13)、像素移位偏振测量装置(14)、离轴反射镜(15)、标准参考面(16)、半透半反镜(18)、毛玻璃屏(19)、第二相机物镜(20)、相机(21)及计算机单元(22)，上述系统实现共光路测量，避免了非共光路误差，提高了系统的检测精度和抗干扰能力。另外，本申请还提供了一种波前干涉测量方法。(3)、偏振片(4)、第一准直透镜(5)、滤波器(6)、
1.一种波前干涉测量系统，其特征在于，包括：可调谐激光器(1)、He‑Ne激光器(2)、第一二向色镜(3)、偏振片(4)、第一准直透镜(5)、滤波器(6)、第二准直透镜(7)、第一分束镜(8)、第二分束镜(9)、第三准直透镜(10)、空间光调制器(11)、光圈(12)、第一相机物镜(13)、像素移位偏振测量装置(14)、离轴反射镜(15)、标准参考面(16)、半透半反镜(18)、毛玻璃屏(19)、第二相机物镜(20)、相机(21)及计算机单元(22)，所述计算机单元(22)与所述可调谐激光器(1)、所述He‑Ne激光器(2)、所述空间光调制器(11)、所述相机(21)、所述像素移位偏振测量装置(14)均电性连接，其中：所述可调谐激光器(1)发出的测试光和所述He‑Ne激光器(2)发出的指示光经所述第一二向色镜(3)合束后再通过所述偏振片(4)变成线偏振光，所述线偏振光经过由所述第一准直透镜(5)和所述第二准直透镜(7)组成的扩束系统扩束形成的扩束光入射进入所述空间光调制器(11)，经所述空间光调制器(11)相位调制后的扩束光再依次经过所述第二分束镜(9)和所述第三准直透镜(10)的共轭聚焦后入射至所述半透半反镜(18)，经所述半透半反镜(18)反射入射到所述离轴反射镜(15)上，并经过所述离轴反射镜(15)准直形成准直光；
所述准直光的一部分光束经所述标准参考面(16)反射，将标准平面波前转换为标准平面参考波前或者球面参考波前用于干涉测量；
所述准直光的另一部分光束经所述标准参考面(16)透射后入射到被测样品表面(17)并发生反射，反射回的光携带所述被测样品表面(17)的面形信息，所述反射回的光依次经过所述标准参考面(16)及所述离轴反射镜(15)进入所述半透半反镜(18)，并在所述半透半反镜(18)处分光；其中：反射回的指示光中携带所述被测样品表面的面形信息的混合光的50％透射所述半透半反镜(18)并聚焦在所述毛玻璃屏(19)上，所述第二相机物镜(20)将焦点的位置信息成像于所述相机(21)上，并由所述相机(21)将图像信息上传至所述计算机单元(22)，所述计算机单元(22)显示所述指示光的聚焦光斑位置信息，以显示所述空间光调制器(11)所产生的虚拟点光源的位置；
反射回的测试光的50％经所述半透半反镜(18)反射后再依次经所述第三准直透镜(10)、所述第二分束镜(9)、所述光圈(12)及所述第一相机物镜(13)进入所述像素移位偏振测量装置(14)，并与由所述标准参考面(16)反射回的参考波前叠加在所述像素移位偏振测量装置(14)上成像，以获取干涉条纹信息，所述计算机单元(22)获取所述干涉条纹信息并根据所述干涉条纹信息显示所述被测样品表面的面形图样及数据信息。
2.如权利要求1所述的波前干涉测量系统，其特征在于，所述可调谐激光器(1)、所述偏振片(4)、所述第一准直透镜(5)、所述滤波器(6)、所述第二准直透镜(7)及所述空间光调制器(11)依次按照共光轴进行放置；所述第三准直透镜(10)、所述光圈(12)、所述第一相机物镜(13)及所述像素移位偏振测量装置(14)按照共光轴进行放置；所述第三准直透镜(10)与所述离轴反射镜(15)共光轴且焦面重合；所述离轴反射镜(15)、所述毛玻璃屏(19)、所述第二相机物镜(20)、所述相机(21)依次共光轴进行放置；所述标准参考面(16)的光学面与所述离轴反射镜(15)出射光束光轴方向垂直。
3.如权利要求1所述的波前干涉测量系统，其特征在于，所述线偏振光经过由所述第一准直透镜(5)和所述第二准直透镜(7)组成的扩束系统扩束形成的扩束光的直径接近但略小于所述空间光调制器(11)的液晶像素作用区域。
4.如权利要求1所述的波前干涉测量系统，其特征在于，所述第一分束镜(8)的放置方向是与所述空间光调制器(11)的作用区域夹角呈45°。
5.如权利要求1所述的波前干涉测量系统，其特征在于，所述空间光调制器(11)为反射式相位型空间光调制器，在系统装调阶段，调整所述偏振片(4)的起偏方向，使得测试光和指示光的偏振方向与所述空间光调制器(11)的入射要求偏振方向一致。
6.如权利要求1所述的波前干涉测量系统，其特征在于，所述光圈(12)放置在所述相机物镜(13)的前焦平面上，且所述光圈(12)的光轴与所述相机物镜(13)同光轴。
7.如权利要求1所述的波前干涉测量系统，其特征在于，所述像素移位偏振测量装置(14)包括顺次设置的光电探测器阵列(14‑1)、微偏振器阵列(14‑2)和微透镜阵列(14‑3)，每个所述微偏振器阵列(14‑2)由四个偏振器单元(14‑2‑1)组成，每一个所述偏振器单元(14‑2‑1)分别与所述光电探测器阵列(14‑1)的一个像素单元和所述微透镜阵列(14‑3)中的一个微透镜一一对应，所述偏振器单元(14‑2‑1)包含四个偏振角呈π/4等差数列排布的线栅偏振片，所述像素移位偏振测量装置(14)利用所述光电探测器阵列(14‑1)采集的四个所述线栅偏振片分类像素记录的光强信号，并将光强信号传送至所述计算机单元(22)。
8.如权利要求1所述的波前干涉测量系统，其特征在于，所述毛玻璃屏(19)平行于所述相机(21)的感应器面且中间刻划有观察十字线，所述毛玻璃屏(19)的十字线中心点经过光轴。
9.如权利要求1所述的波前干涉测量系统，其特征在于，所述计算机单元(22)用于控制所述可调谐激光器(1)及所述He‑Ne激光器(2)发出激光；及控制所述空间光调制器(11)进行光束整形；及实时收集所述像素移位偏振测量装置(14)和所述相机(21)采集到的图像数据，并对图像数据进行处理、信息提取和显示。
10.如权利要求1所述的波前干涉测量系统，其特征在于，所述标准参考面(16)由所述被测样品表面(17)决定，所述标准参考面(16)满足输入标准平面波前能与所述被测样品表面(17)各点进行干涉，所述标准参考面(16)包括标准平晶或Fizeau物镜。
11.一种如权利要求1所述的波前干涉测量系统的测量方法，其特征在于，包括下述步骤：
所述可调谐激光器(1)发出的测试光和所述He‑Ne激光器(2)发出的指示光经所述第一二向色镜(3)合束后再通过所述偏振片(4)变成线偏振光，所述线偏振光经过由所述第一准直透镜(5)和所述第二准直透镜(7)组成的扩束系统扩束形成的扩束光入射进入所述空间光调制器(11)，经所述空间光调制器(11)相位调制后的扩束光再依次经过所述第二分束镜(9)和所述第三准直透镜(10)的共轭聚焦后入射至所述半透半反镜(18)，经所述半透半反镜(18)反射入射到所述离轴反射镜(15)上，并经过所述离轴反射镜(15)准直形成准直光；
所述准直光的一部分光束经所述标准参考面(16)反射，将标准平面波前转换为标准平面参考波前或者球面参考波前用于干涉测量；
所述准直光的另一部分光束经所述标准参考面(16)透射后入射到被测样品表面(17)并发生反射，反射回的光携带所述被测样品表面(17)的面形信息，所述反射回的光依次经过所述标准参考面(16)及所述离轴反射镜(15)进入所述半透半反镜(18)，并在所述半透半反镜(18)处分光；其中：反射回的指示光中携带所述被测样品表面的面形信息的混合光的50％透射所述半透半反镜(18)并聚焦在所述毛玻璃屏(19)上，所述第二相机物镜(20)将焦点的位置信息成像于所述相机(21)上，并由所述相机(21)将图像信息上传至所述计算机单元(22)，所述计算机单元(22)显示所述指示光的聚焦光斑位置信息，以显示所述空间光调制器(11)所产生的虚拟点光源的位置；
反射回的测试光的50％经所述半透半反镜(18)反射后再依次经所述第三准直透镜(10)、所述第二分束镜(9)、所述光圈(12)及所述第一相机物镜(13)进入所述像素移位偏振测量装置(14)，并与由所述标准参考面(16)反射回的参考波前叠加在所述像素移位偏振测量装置(14)上成像，以获取干涉条纹信息，所述计算机单元(22)获取所述干涉条纹信息并根据所述干涉条纹信息显示所述被测样品表面的面形图样及数据信息。
一种波前干涉测量系统及方法
技术领域
[0001] 本申请涉及光学测量技术领域，特别涉及一种波前干涉测量系统及方法。
背景技术
[0002] 为了提高光学系统的性能，普遍使用具有更显著设计灵活性的非球面和自由曲面用于校正光学系统像差。这些复杂形状表面的加工制造需要精密测量并准确标称待测光学表面的面形误差。目前广泛使用的测量方法主要有轮廓测量法、子孔径拼接、干涉测量法、分区扫描法等。但是测量精度和效率最高的是干涉测量法。使用干涉测量法可以实现更为直接的高精度、快速测量，该方法使用一个参考波前和一个测量波前，这两个波前的干涉会引起相机探测器芯片上采集到的图像条纹的变化。由两个波前之间的相位差可以计算待测表面面形数据。由于不同的光束路径、振动、时间、温度等环境效应(如温度梯度的变化和环境气流扰动)对测量的不确定性有很大的影响，传统的非共光路测量方法(如泰曼‑格林干涉测量法等)由于测量光与参考光不共光路，难以避免受到这种非共光路测量误差的影响，导致测量精度和稳定性的降低，而共光路干涉测量系统(如Fizeau干涉测量方法)，可以有效抑制非共光路误差对系统测量精度造成的不利影响。
[0003] 但是，环境扰动难以避免和彻底消除，只有动态干涉测量法能够最大限度地减小环境扰动对干涉测量精度的影响，故动态干涉仪可以通过测量瞬时波前并通过大量的数据进行统计学处理进一步提高其测量的精度并减小随机误差对测量误差的影响。而对于大口径干涉测量系统来说，受到玻璃材料制造和机械支撑结构的影响，由于应力双折射引起的光学均匀性像差不能被完全消除。这会造成对比模糊和引入波前测量误差，这将限制了大口径干涉仪的口径的进一步扩大。
[0004] 在现代光学测量技术中，补偿光学器件如计算机生成全息图(CGH)是测量非球面光学器件的最新技术，但是需要针对每种不同的被测表面定制不同的补偿元件。当测量与参考形状有较大偏差的表面时，会出现高条纹密度的干涉条纹，会引入误差。如果偏差太大，测量光的渐晕会造成被测表面上的部分区域无法测量。当测试复杂形状的表面时，所有的这些影响都将限制传统Fizeau干涉仪的应用。
发明内容
[0005] 鉴于此，有必要针对现有技术中存在的渐晕和高条纹密度缺陷提供一种对大梯度差波前进行大范围及高精度测量的波前干涉测量系统及方法。
[0006] 为解决上述问题，本申请采用下述技术方案：
[0007] 本申请目的之一，提供了一种波前干涉测量系统，包括：可调谐激光器(1)、He‑Ne激光器(2)、第一二向色镜(3)、偏振片(4)、第一准直透镜(5)、滤波器(6)、第二准直透镜(7)、第一分束镜(8)、第二分束镜(9)、第三准直透镜(10)、空间光调制器(11)、光圈(12)、第一相机物镜(13)、像素移位偏振测量装置(14)、离轴反射镜(15)、标准参考面(16)、半透半反镜(18)、毛玻璃屏(19)、第二相机物镜(20)、相机(21)及计算机单元(22)，所述计算机单元(22)与所述可调谐激光器(1)、所述He‑Ne激光器(2)、所述空间光调制器(11)、所述相机(21)、所述像素移位偏振测量装置(14)均电性连接，其中：
[0008] 所述可调谐激光器(1)发出的测试光和所述He‑Ne激光器(2)发出的指示光经所述第一二向色镜(3)合束后再通过所述偏振片(4)变成线偏振光，所述线偏振光经过由所述第一准直透镜(5)和所述第二准直透镜(7)组成的扩束系统扩束形成的扩束光入射进入所述空间光调制器(11)，经所述空间光调制器(11)相位调制后的扩束光再依次经过所述第二分束镜(9)和所述第三准直透镜(10)的共轭聚焦后入射至所述半透半反镜(18)，经所述半透半反镜(18)反射入射到所述离轴反射镜(15)上，并经过所述离轴反射镜(15)准直形成准直光；
[0009] 所述准直光的一部分光束经所述标准参考面(16)反射，将标准平面波前转换为标准平面参考波前或者球面参考波前用于干涉测量；
[0010] 所述准直光的另一部分光束经所述标准参考面(16)透射后入射到被测样品表面(17)并发生反射，反射回的光携带所述被测样品表面(17)的面形信息，所述反射回的光依次经过所述标准参考面(16)及所述离轴反射镜(15)进入所述半透半反镜(18)，并在所述半透半反镜(18)处分光；其中：
[0011] 反射回的指示光中携带所述被测样品表面的面形信息的混合光的50％透射所述半透半反镜(18)并聚焦在所述毛玻璃屏(19)上，所述第二相机物镜(20)将焦点的位置信息成像于所述相机(21)上，并由所述相机(21)将图像信息上传至所述计算机单元(22)，所述计算机单元(22)显示所述指示光的聚焦光斑位置信息，以显示所述空间光调制器(11)所产生的虚拟点光源的位置；
[0012] 反射回的测试光的50％经所述半透半反镜(18)反射后再依次经所述第三准直透镜(10)、所述第二分束镜(9)、所述光圈(12)及所述第一相机物镜(13)进入所述像素移位偏振测量装置(14)，并与由所述标准参考面(16)反射回的参考波前叠加在所述像素移位偏振测量装置(14)上成像，以获取干涉条纹信息，所述计算机单元(22)获取所述干涉条纹信息并根据所述干涉条纹信息显示所述被测样品表面的面形图样及数据信息。
[0013] 本申请目的之二，提供了一种如权利要求1所述的波前干涉测量系统的测量方法，包括下述步骤：
[0014] 所述可调谐激光器(1)发出的测试光和所述He‑Ne激光器(2)发出的指示光经所述第一二向色镜(3)合束后再通过所述偏振片(4)变成线偏振光，所述线偏振光经过由所述第一准直透镜(5)和所述第二准直透镜(7)组成的扩束系统扩束形成的扩束光入射进入所述空间光调制器(11)，经所述空间光调制器(11)相位调制后的扩束光再依次经过所述第二分束镜(9)和所述第三准直透镜(10)的共轭聚焦后入射至所述半透半反镜(18)，经所述半透半反镜(18)反射入射到所述离轴反射镜(15)上，并经过所述离轴反射镜(15)准直形成准直光；
[0015] 所述准直光的一部分光束经所述标准参考面(16)反射，将标准平面波前转换为标准平面参考波前或者球面参考波前用于干涉测量；
[0016] 所述准直光的另一部分光束经所述标准参考面(16)透射后入射到被测样品表面(17)并发生反射，反射回的光携带所述被测样品表面(17)的面形信息，所述反射回的光依次经过所述标准参考面(16)及所述离轴反射镜(15)进入所述半透半反镜(18)，并在所述半透半反镜(18)处分光；其中：
[0017] 反射回的指示光中携带所述被测样品表面的面形信息的混合光的50％透射所述半透半反镜(18)并聚焦在所述毛玻璃屏(19)上，所述第二相机物镜(20)将焦点的位置信息成像于所述相机(21)上，并由所述相机(21)将图像信息上传至所述计算机单元(22)，所述计算机单元(22)显示所述指示光的聚焦光斑位置信息，以显示所述空间光调制器(11)所产生的虚拟点光源的位置；
[0018] 反射回的测试光的50％经所述半透半反镜(18)反射后再依次经所述第三准直透镜(10)、所述第二分束镜(9)、所述光圈(12)及所述第一相机物镜(13)进入所述像素移位偏振测量装置(14)，并与由所述标准参考面(16)反射回的参考波前叠加在所述像素移位偏振测量装置(14)上成像，以获取干涉条纹信息，所述计算机单元(22)获取所述干涉条纹信息并根据所述干涉条纹信息显示所述被测样品表面的面形图样及数据信息。
[0019] 本申请采用上述技术方案，其有益效果如下：
[0020] 本申请提供的波前干涉测量系统及方法，基于菲索干涉测量原理，实现共光路测量，避免了传统测量方法非共光路测量中由于样品光路与参考光路中由于光程及介质不一致所引入的非共光路误差，大大提高了系统的检测精度和抗干扰能力；利用可调谐激光器可实现多波长测量，有效解决了单色光测量技术中无法避免的2π相位不确定性的技术缺陷，可实现更大范围的干涉测量；利用空间光调制器实现多视场的干涉测量，解决了传统干涉测量方法无法实现大梯度差波前(如非球面和自由曲面)的高精度干涉测量的技术难题。
附图说明
[0021] 为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022] 图1为本申请实施例1提供的波前干涉测量系统的结构示意图。
[0023] 图2中(a)为本申请实施例1提供的像素移位偏振测量装置的侧视图。
[0024] 图2中(b)为本申请实施例1提供的微偏振器阵列的俯视图。
[0025] 图2中(c)为本申请实施例1提供的偏振单元的示意图。
具体实施方式
[0026] 下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
[0027] 在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
[0028] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0029] 为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。
[0030] 实施例1
[0031] 请参阅图1，为本实施例1提供的一种波前干涉测量系统的结构示意图，包括：可调谐激光器1、He‑Ne激光器2、第一二向色镜3、偏振片4、第一准直透镜5、滤波器6、第二准直透镜7、第一分束镜8、第二分束镜9、第三准直透镜10、空间光调制器11、光圈12、第一相机物镜13、像素移位偏振测量装置14、离轴反射镜15、标准参考面16、半透半反镜18、毛玻璃屏19、第二相机物镜20、相机21及计算机单元22，所述计算机单元22与所述可调谐激光器1、所述He‑Ne激光器2、所述空间光调制器11、所述相机21、所述像素移位偏振测量装置14均电性连接。
[0032] 本申请上述实施例1提供的一种波前干涉测量系统，该系统主要有两个光路组成：一路为测试光路，另一路为指示光路。测试光路为由所述可调谐激光器1所发出的测量光入射到所述被测样品并返回最终入射到所述像素移位偏振测量装置14的顺次光路，指示光路为由所述He‑Ne激光器2发出的指示激光入射到所述被测样品并返回最终入射到所述相机
21的顺次光路，以下详细说明其光路的传输方式：
[0033] 所述可调谐激光器1发出的测试光和所述He‑Ne激光器2发出的指示光经所述第一二向色镜3合束后再通过所述偏振片4变成线偏振光，所述线偏振光经过由所述第一准直透镜5和所述第二准直透镜7组成的扩束系统扩束形成的扩束光入射进入所述空间光调制器11，经所述空间光调制器11相位调制后的扩束光再依次经过所述第二分束镜9和所述第三准直透镜10的共轭聚焦后入射至所述半透半反镜18，经所述半透半反镜18反射入射到所述离轴反射镜15上，并经过所述离轴反射镜15准直形成准直光；
[0034] 所述准直光的一部分光束经所述标准参考面16反射，将标准平面波前转换为标准平面参考波前或者球面参考波前用于干涉测量；
[0035] 所述准直光的另一部分光束经所述标准参考面16透射后入射到被测样品表面17并发生反射，反射回的光携带所述被测样品表面17的面形信息，所述反射回的光依次经过所述标准参考面16及所述离轴反射镜15进入所述半透半反镜18，并在所述半透半反镜18处分光；其中：
[0036] 反射回的指示光中携带所述被测样品表面的面形信息的混合光的50％透射所述半透半反镜18并聚焦在所述毛玻璃屏19上，所述第二相机物镜20将焦点的位置信息成像于所述相机21上，并由所述相机21将图像信息上传至所述计算机单元22，所述计算机单元22显示所述指示光的聚焦光斑位置信息，以显示所述空间光调制器11所产生的虚拟点光源的位置；
[0037] 反射回的测试光的50％经所述半透半反镜18反射后再依次经所述第三准直透镜10、所述第二分束镜9、所述光圈12及所述第一相机物镜13进入所述像素移位偏振测量装置
14，并与由所述标准参考面16反射回的参考波前叠加在所述像素移位偏振测量装置14上成像，以获取干涉条纹信息，所述计算机单元22获取所述干涉条纹信息并根据所述干涉条纹信息显示所述被测样品表面的面形图样及数据信息。
[0038] 具体地，所述可调谐激光器1、所述偏振片4、所述第一准直透镜5、所述滤波器6、所述第二准直透镜7及所述空间光调制器11依次按照共光轴进行放置；所述第三准直透镜10、所述光圈12、所述第一相机物镜13及所述像素移位偏振测量装置14按照共光轴进行放置；所述第三准直透镜10与所述离轴反射镜15共光轴且焦面重合；所述离轴反射镜15、所述毛玻璃屏19、所述第二相机物镜20、所述相机21依次共光轴进行放置；所述标准参考面16的光学面与所述离轴反射镜15出射光束光轴方向垂直。
[0039] 具体地，所述可调谐激光器1的作用是产生不同波长的窄线宽激光用于提供干涉测量所需的测试光源，解决了传统单色光测量方法中无法消除2π相位不确定性的技术缺陷，实现不丢失测量精度情况下的大范围的波前测量。
[0040] 具体地，所述He‑Ne激光器2提供He‑Ne激光作为指示光，辅助光学系统装调和样品的快速调整对准，大大提高了整机的安装调试效率且大大缩短了测试准备时间，大大增强了设备的易操作性。
[0041] 具体地，所述第一二向色镜3的作用是将可调谐激光器1发出的窄线宽激光和He‑Ne激光器2发出的可视激光合束，合束后的光需与可调谐激光器1发出的窄线宽激光共线同光轴。
[0042] 具体地，所述偏振片4的作用是改变入射光的偏振态，为后续测量提供前提条件；所述偏振片4与所述像素移位偏振测量装置14实现基于偏振移相技术的动态干涉测量法实现瞬态测量，避免环境扰动对测量精度及稳定的影响，提高系统的抗干扰能力。
[0043] 具体地，所述第一准直透镜5与所述第二准直透镜7共轴设置组成扩束系统，将入射到第一准直透镜5的光束进行扩束，扩束后直径接近但略小于所述空间光调制器11(SLM)的液晶像素作用区域。
[0044] 具体地，所述滤波器6的作用是滤除扩束系统中引入的非共轴杂散光，降低测量过程中产生的误差，以提高测量的结果的精度。
[0045] 具体地，所述第一分束镜8放置方向是与所述空间光调制11作用区域夹角呈45°且能将所述空间光调制器11反射的光反射到所述第二分束镜9上。
[0046] 具体地，所述第三准直透镜10的作用是使经过所述空间光调制器11调制后的测量光束与所述离轴反射镜15的焦点共轭，即所述第三准直透镜10位于所述离轴反射镜15的焦点共轭面处。
[0047] 进一步地，第一准直透镜5、第二准直透镜7和第三准直透镜10为消色差准直透镜。
[0048] 具体地，所述空间光调制器11为反射式相位型空间光调制器，在系统装调阶段，调整所述偏振片4的起偏方向，使得测试光和指示光的偏振方向与空间光调制器11的入射要求偏振方向一致，以保证相位调制的效率最大。由于反射式相位型空间光调制器由于液晶存在配向角，即液晶分子的长轴指向，当线偏振光沿着液晶分子长轴方向传播时不发生双折射现象，这时改变加载在液晶分子上的电压，会改变光程，达到相位调制的目的。
[0049] 进一步地，在本实施例中，利用了SLM对平行光场进行波前调控，实现对待测样品表面的离轴照明。不同的照明源和共同的参考波前在相机芯片上生成不同子干涉图。倾斜波前的预设倾斜角度部分补偿了待测波前梯度差的影响，同时克服了渐晕和干涉图高条纹密度对于相位解缠的不利影响。
[0050] 进一步地，由于传统倾斜干涉测量方法所产生的离轴照明源生成从菲索表面(平晶面或球面)反射的参考波，导致相机检测芯片上多个重叠波前，这使得干涉图的解算变得异常困难。本实施例利用SLM产生可变波前并用光圈遮挡不必要的光信息克服参考波问题，解决了先进光学制造的迫切高精度检测的现实需求。
[0051] 进一步地，本实施例利用SLM实现大梯度差的波前干涉测量，放宽了干涉仪中使用的成像光学器件的公差，且能够补偿所用光学器件的高阶误差贡献。
[0052] 进一步地，本实施例提供的SLM可将入射的平面波转换为点光源发出的球面波，且根据计算全息产生的虚拟点光源的焦点位置灵活可变，可针对不同梯度差的非球面或自由曲面灵活调整虚拟点光源的位置以提高测量的精度和测量范围。
[0053] 具体地，所述空间光调制器11能模拟不同空间位置的标准点光源照射，产生不同入射方向倾斜照射的球面波前。其在系统中的作用是将入射的平面波转换为不同空间位置点光源发出的球面波，实现可变倾斜干涉测量，放宽了干涉仪中使用的成像光学器件的公差，且能够补偿所用光学器件的高阶误差。
[0054] 具体地，所述光圈12放置在所述相机物镜13的前焦平面上，且光圈光轴与物镜同光轴(位置)。所述光圈12起到遮挡测量区域以外的杂散光的作用，避免杂散光对测量精准度的影响(功能)，同时将干涉图的条纹密度限制在奈奎斯特标准以下，克服传统点源阵列中产生干涉图重叠的问题。
[0055] 具体地，所述第一相机物镜13与所述光圈12、所述相机物镜13共光轴，其作用是将顺次经由被测样品表面17、标准参考面16、离轴反射镜15、半透半反镜18、第三准直透镜10、第二分束镜9、光圈12的汇聚光束转换并投射到所述像素移位偏振测量装置14的探测器阵列上，实现测量光的标准参考波前与待测样品波前的干涉测量。
[0056] 请参阅图2，为本实施例提供的所述像素移位偏振测量装置14的结构示意图，包括顺次设置的光电探测器阵列14‑1、微偏振器阵列14‑2和微透镜阵列14‑3。每个所述微偏振器件阵列14‑2由四个所述偏振器单元14‑2‑1组成，每一个所述偏振器单元14‑2‑1分别与所述光电探测器阵列14‑1的一个像素单元和所述微透镜阵列14‑3中的一个微透镜一一对应，所述偏振器单元14‑2‑1包含四个偏振角呈π/4等差数列排布的线栅偏振片。所述像素移位偏振测量装置14利用所述光电探测器阵列14‑1采集的四个所述线栅偏振片分类像素记录的光强信号，并将光强信号传送至所述计算机单元22，计算机单元22根据光强信号处理得到四幅相移干涉图，通过对四幅相移干涉图进行相位解缠数据处理得到被测样品表面17的高精度波前或面形数据。
[0057] 具体地，图2(a)为所述像素移位偏振测量装置14的侧视图，透镜阵列14‑1、微偏振器阵列14‑2和光电探测器阵列14‑3从顶层至底层顺次设置；图2(b)为微偏振器阵列14‑2的俯视图，微偏振器阵列14‑2包括若干个所述偏振器单元14‑2‑1，并且每一个所述偏振器单元14‑2‑1分别与光电探测器阵列14‑1中的一个像素单元和透镜阵列14‑3中的一个透镜单元对应；图2(c)为偏振单元的示意图，每一个偏振单元则包括四个偏振角不同的线栅偏振片，可选地，四个线栅偏振片的偏振角分别为0、π/4、π/2和3π/4，图2(c)仅以四个线栅偏振片按照逆时针方向从右下角开始偏振角依次为0、π/4、π/2和3π/4的方式分布为例对偏振单元进行说明，本实施例对四个线栅偏振片的分布方式不做限定。仍参照图2(a)，0°偏振光入射至偏振角为0°的线栅偏振片后，进入光电探测器阵列14‑3对应的像素单元，而0°偏振光入射至偏振角为90°的线栅偏振片后，被反射而无法进入光电探测器阵列14‑3。
[0058] 进一步地，合束的偏振光通过透镜阵列14‑1和微偏振器阵列14‑2后入射至光电探测器阵列14‑3，该阵列的二维点阵孔对应探测器像素点位。每个线栅偏振片可以有不同单位像素的旋转量，根据两参考臂的不同相位差，也可以形成单位像素的不同相移，通过这种方式，四帧高分辨率瞬态干涉图可以通过沿着0°、45°、90°和135°的检偏器旋转方向分类像素而记录下来，即像素移位偏振测量装置14利用光电探测器阵列14‑3采集四个线栅偏振片分类像素记录的光强信号(即干涉条纹)，并将光强信号发送至数据采集处理计算机及显示系统22，然后所述数据采集处理计算机及显示系统22将偏振角分别为0°、45°、90°和135°的线栅偏振片分类像素记录的光强信号通过处理得到四幅相移干涉图，通过对四幅相移干涉图进行相位解缠处理可以获得待测样品表面的光学波前信息。利用所述数据采集处理计算机及显示系统22电性连接并控制所述可调谐激光器1发射不同中心波长的窄线宽激光，从而实现多波长的自由切换，实现多色光的波前待测样品表面的测量，能够有效避免现有的单波长光学干涉检测中普遍存在的2π模糊效应的影响，大大提高大梯度差波前的测量范围。
[0059] 进一步地，像素移位偏振测量装置14的光电探测器阵列14‑3为CCD传感器或CMOS传感器。
[0060] 进一步地，像素移位偏振测量装置14包括但不限于Sony公司的IMX250MZR传感器。
[0061] 可以理解，在进行光学样品表面高精度干涉测量时，受到环境气流扰动、温度变化、振动等因素的影响，现有技术无法避免和完全消除，本实施例利用偏振光测量和像素移位技术，利用集成的透镜阵列、微偏振器件和高分辨率的光电探测器阵列14‑1，可同时获得四幅相移干涉图，通过数据采集处理计算机计算可获得瞬时待测样品面形数据，实现动态瞬时测量，该方法可有效抑制环境扰动带来的测量误差。
[0062] 具体地，所述离轴反射镜15为离轴抛物面反射镜。所述离轴反射镜15的作用是将从所述离轴反射镜15的光学焦点发射并入射到所述离轴反射镜15的光学反射面的光束准直，实现平面波前的平行光输出。
[0063] 进一步地，本实施例采用离轴反射镜15作为光学准直器，较传统干涉测量方法中使用透镜准直的技术策略，避免了光学介质色差对测量精度的影响，同时受反射镜制造工艺的影响，大尺寸的同等口径的反射镜制造难度及成本相对更低，可用相对较小的成本和相对较低的技术及工程风险实现更大口径干涉测量设备的设计、生产、制造和装调。
[0064] 具体地，所述标准参考面16由所述被测样品表面17决定，选取的标准参考面16需满足输入标准平面波前能与被测样品表面17各点进行干涉，所述标准参考面16的作用将输入标准平面波前转换为参考标准平面波前或参考球面波前，作为干涉测量的标准参考波阵面，所述标准参考面16包括标准平晶或Fizeau物镜等。
[0065] 具体他，所述半透半反镜18将入射到所述镜片的光束以50/50的分光比进行透射和反射，在系统中，由第三准直透镜10出射的光束到达所述半透半反镜18时，50％的光反射到离轴反射镜15上，另外50％透射出镜片且未被利用。只有当从离轴反射镜15到所述半透半反镜18时，50％的光透射并聚焦到所述毛玻璃屏19上，另外50％沿原光路反射到所述像素移位偏振测量装置14处。
[0066] 具体地，所述毛玻璃屏19平行于相机21感应器面且中间刻划有观察十字线，所述毛玻璃屏19的十字线中心点经过光轴。由He‑Ne激光器2发射的经由被测样品表面17反射光再通过离轴反射镜15、半透半反镜18后聚焦于所述毛玻璃屏19上，形成指示光聚焦光斑，经过由所述第二相机物镜20和相机21组成的成像系统成像，在装调时使得系统在对准情况下聚焦光斑的中心与观察十字线重合，在测量时系统显示光斑的偏离程度表示被测样品表面的偏离情况，参考光斑与十字线中心的偏离情况调整所述被测样品表面17的空间位置实现测量系统的精确对准。
[0067] 具体地，所述第二相机物镜20的共轭面位于所述毛玻璃屏19上，其作用是将所述毛玻璃屏19上的指示光光斑的完善像成像于所述相机21的探测器表面。
[0068] 具体地，所述相机21与所述相机物镜20、所述毛玻璃屏19中心焦点同光轴，其作用是对聚焦在所述毛玻璃19上的指示光聚焦光斑进行实时成像作为光路校准的一个参考标准。相机21的光电探测器阵列为CCD传感器或CMOS传感器。
[0069] 具体地，所述计算机单元22用于控制所述可调谐激光器1及所述He‑Ne激光器2发出激光；及控制所述控制空间光调制器11进行光束整形；及实时收集所述像素移位偏振测量装置14和所述相机21采集到的图像数据，并对图像数据进行处理、信息提取和显示。
[0070] 本申请上述实施例提供的波前干涉测量系统，
[0071] 本申请提供的波前干涉测量系统，基于菲索干涉测量原理，实现共光路测量，避免了传统测量方法非共光路测量中由于样品光路与参考光路中由于光程及介质不一致所引入的非共光路误差，大大提高了系统的检测精度和抗干扰能力；利用可调谐激光器可实现多波长测量，有效解决了单色光测量技术中无法避免的2π相位不确定性的技术缺陷，可实现更大范围的干涉测量；利用空间光调制器实现多视场的干涉测量，解决了传统干涉测量方法无法实现大梯度差波前(如非球面和自由曲面)的高精度干涉测量的技术难题。
[0072] 实施例2
[0073] 本申请实施例2还提供了一种波前干涉测量系统的测量方法，包括下述步骤：
[0074] 所述可调谐激光器(1)发出的测试光和所述He‑Ne激光器(2)发出的指示光经所述第一二向色镜(3)合束后再通过所述偏振片(4)变成线偏振光，所述线偏振光经过由所述第一准直透镜(5)和所述第二准直透镜(7)组成的扩束系统扩束形成的扩束光入射进入所述空间光调制器(11)，经所述空间光调制器(11)相位调制后的扩束光再依次经过所述第二分束镜(9)和所述第三准直透镜(10)的共轭聚焦后入射至所述半透半反镜(18)，经所述半透半反镜(18)反射入射到所述离轴反射镜(15)上，并经过所述离轴反射镜(15)准直形成准直光；
[0075] 所述准直光的一部分光束经所述标准参考面(16)反射，将标准平面波前转换为标准平面参考波前或者球面参考波前用于干涉测量；
[0076] 所述准直光的另一部分光束经所述标准参考面(16)透射后入射到被测样品表面(17)并发生反射，反射回的光携带所述被测样品表面(17)的面形信息，所述反射回的光依次经过所述标准参考面(16)及所述离轴反射镜(15)进入所述半透半反镜(18)，并在所述半透半反镜(18)处分光；其中：
[0077] 反射回的指示光中携带所述被测样品表面的面形信息的混合光的50％透射所述半透半反镜(18)并聚焦在所述毛玻璃屏(19)上，所述第二相机物镜(20)将焦点的位置信息成像于所述相机(21)上，并由所述相机(21)将图像信息上传至所述计算机单元(22)，所述计算机单元(22)显示所述指示光的聚焦光斑位置信息，以显示所述空间光调制器(11)所产生的虚拟点光源的位置；
[0078] 反射回的测试光的50％经所述半透半反镜(18)反射后再依次经所述第三准直透镜(10)、所述第二分束镜(9)、所述光圈(12)及所述第一相机物镜(13)进入所述像素移位偏振测量装置(14)，并与由所述标准参考面(16)反射回的参考波前叠加在所述像素移位偏振测量装置(14)上成像，以获取干涉条纹信息，所述计算机单元(22)获取所述干涉条纹信息并根据所述干涉条纹信息显示所述被测样品表面的面形图样及数据信息。
[0079] 其详细的实现方式在实施例1中已经详细说明，这里不再赘述。
[0080] 本申请提供的波前干涉测量方法，基于菲索干涉测量原理，实现共光路测量，避免了传统测量方法非共光路测量中由于样品光路与参考光路中由于光程及介质不一致所引入的非共光路误差，大大提高了系统的检测精度和抗干扰能力；利用可调谐激光器可实现多波长测量，有效解决了单色光测量技术中无法避免的2π相位不确定性的技术缺陷，可实现更大范围的干涉测量；利用空间光调制器实现多视场的干涉测量，解决了传统干涉测量方法无法实现大梯度差波前(如非球面和自由曲面)的高精度干涉测量的技术难题。
[0081] 可以理解，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0082] 以上仅为本申请的较佳实施例而已，仅具体描述了本申请的技术原理，这些描述只是为了解释本申请的原理，不能以任何方式解释为对本申请保护范围的限制。基于此处解释，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进，及本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本申请的其他具体实施方式，均应包含在本申请的保护范围之内。
