计算全息用于非球面检测的研究

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第1 0卷
第2 期
哈 尔 滨 理 工 大 学 学 报
J OURNAL HARB N I UNI V.S I C .& T ECH.
Vo. 0 No 2 11 .
Ap . 0 5 r ,2 0
20 年 4 05 月
计 算 全 息 用 于 非 球 面 检 测 的 研 究
较, 然后得 出测量结果. 如果被测表 面是 非球面 , 用
息图( G 作为零位补偿器 , C H) 用来检测非球面成为
这种方法就存在测量准确 度受到 限制 的问题 , 因为 参考面与被测面之 间的差 异太大. 解决这个 问题最 常用的方法是制作第二个光学 系统( 零透镜或零反 射镜) 将被测元 件产生 的波前 转换 成球 面波或平 ,

() 1
级数形式为
z ( + + ( + + y) y)
其中: 是物体表面的相位误差 ; 是测试板的 ∞ ∞
放置误差 ; 是整个系统 的设置误差. ∞ 即辅镜 的制 作与安置误差 , 包括计算全息透镜 的误差. 全息测量
lR + + ¨ 65 ' ( ) … Y 。 () 4 的设计包括所期望的参考波前 的环形位置计算 , 及 e 尺是顶点 曲率半径 , 坐标原点 与测试和参考光束 相匹配 的振 幅宽度. 波面各点 其 中, 是非球面系数 , 此 旋转对称轴选作 z轴. 的法线和被检凸面的相应点 的法 线相重合. 常情 选在顶点上 , 通 半径为 尺的球面方程 的级数形式为 况下 , 被检非 球面 的方 程是 已知 的 , G C H再现 的标
非球面的再现类似于精密制作 的闪耀光栅.
激光器
球 面
1 计算全息补偿干涉测量法原理
图 1 计算全息 补偿干涉测量 法检测非球面
计算全息根据标准非球面 的波前制成 , 时, 测量 光线垂直照射到被 测面. 如果 物体 面形完 好地满足
非球面的形状, 物体产生的波前与计算全息图的波 前相匹配. 被测面的误差将 引起 反射 回来 的波面的
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滨 理
工 大 学
学 报
第9 卷
计算 全息 的制作过程采用数字定量计算 , 准确度高. 计算全息图的质量主要 由计算 机 的存储容量 、 计算 速度和成图设备的分辨率决定 . 而激 光直写和 电子 束直写装置的出现 , 以获得高质量 的计 算全息元 可 件. 这使得利用计算全息 补偿干涉测 量法测量非球 面成为可能并应用 于实际.
是钠光波长 , 采用高精 密度 的 O nr f e 补偿 器得 到实 测指标 P 值为 0 4 97 . .7 由此可见 , 采用本文所用
波形产生畸变 , 这可 以通过相移 干涉测量获得 畸变
2 计算全息的设计
以二次旋 转曲面为例 , 一般 的二次旋转 曲面的 方程为
+Y =2 Z—e 2 R Z () 3
的数值 . J对于被测表面相位 的畸变主要有三个相 位起作用 , 以用公式表示为 可
∞ ∞ l f+ ∞ i + ∞
球面波前. C D将参 考光 束 与检 测光 束 同时接 用 C 收, 从接收屏幕上看到的干涉 图应该是球面波形 , 也
式 ( )~ 4 的两倍 ( 5 () 双程 ) 即是球 面波与非球 面波 的光程差 , 根据光程差 的相位干涉 图, 其相位差为
,= z 【 ( ) y △= ) + (+ +‘ . . ]
收稿 日 : 04— 9— 3 期 20 0 2
现代光学检测中非常著名 的方法 , 的优点是所 用 它
的球面辅助镜只需 检测球 心即可 , 因此大大 降低 了 成本 .
计算全息 法检测非球 面仍然属 于干涉测量法 ,
基金项 目: 哈尔滨市 青年科学研究 基金资助项 目(04 F X00 20A Q J5 ) 作者简介 : 乔玉 晶(92 , , 17 一)女 哈尔滨理 工大学讲师.
乔玉晶 , 吕 宁
(. 1哈尔 滨理工大学 机械动力工 程学院 , 黑龙江 哈尔滨 108 ; 50 0
2. 哈尔滨理工大学 计算机与控制学院, 黑龙江 , 哈尔滨 108 ) 500

要 : 了实现对非球 面的高精确度检测 , 出, 用计 算全息补偿干涉测量原理检测二元 为 提 采
Ab ta t F rtsig a p ei u fc r r cs l sr c : o e t s h r s ra e moe p e iey,te a tos p ee tte c mp trg n rtd h lg a n c h uh r r sn o ue e eae oo rm h
Th s a c fCGH f rT sig As h r r c e Re e r h o o e t p e i Su f e n c a
QA u j g , L i IO Y —i n UNn g
( . c aia & P w rE g er gC l g ,HabnU i.S i eh , ri 5 0 0, hn ; 1 Mehncl o e ni e n o ee n i l ri nv c.T . Habn1 0 8 C ia c 2 C mp t . o ue C nrl ol e abnU i.S i eh , ri 50 0,C ia r& o t lg ,H ri nv c.T . Habn10 8 oC e c hn )
( G )ue r et gap e csr c ,adaa z t p cl a a i ue r et gapei sr c . C H s f sn shr uf e n l e h o ta pt t t s sdf sn shr uf e do ti i a n y e i h h ot i c a
载频 为
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乔玉晶等 : 计算全息用于非球面检测 的研究
1 /T=sn / ≥ 1 5 y ia A . B
2 I L ( 杀 1 0 1 )
049 , .8 环带宽度 是 01 采用传 统 的泰曼格林 3 . . 干涉仪测量仿真结果 的 P 值为 04 76 . .9 这里 的
这个转换 波前 可 以用 常规的干涉测量法与参 现代光学系统 的高性能要求使得非球面的设计 面波. 水平不断提高 , 同时也要求对非球 面进行精确测量. 考波前相 比较得 出测量结果. 但是 , 高精密度零位光 常用 的测量球面 的方法¨ 是在 T y a — r n干 学元件的制作是困难且 昂贵 的, wm n Ge e 尤其测 量非对 称波 成本 也 会更 高 一. J 因此 , 计算 全 涉仪下 , 将被测球面或平 面与参考球 面或平 面相 比 前变得更加 困难 ,
由式( ) 7 可求出透过率最大与最小值的位置分别为
2r(i . ) ,)= nr , s o A ( y 2 , t n/ x r () 8
2r(i . ) ,) 2r/ 12 ] , s o A ( y : ,[, / ) r n/ x r7 +( /: , ,± , 7 0 ±l 2 … , () 9
d d igt ep st n o e un o io fCGH srp sfrts n iay a iH y h i tie et g bn r xa y s mmerc a p e c s r c ,a d o tii gte CGH o i t s h f u f e n b ann i i a h p t r q ain Ac o dn o te rs ac e ut h u h r i lt n n lz e o t a et g p t .T e at n e u t . e o c r ig t h e e rh rs l,te a tos s mu aea d a ay e t p i ltsi a h c n h h r s l o i lt n s o ste ts n to fC eut f mu ai h w et gme d o GH o e st gfrdf a t n C au e tea p ei ufc s o h i h c mp n ai ir ci a me s r s h r s r e n o o n h c a wi h ih rp e iin ta o v nin lme o h t tehg e rcso n c n e t a t d,a d te RMS i e s h o h n h sls. Ke r s CGH ;c mp n ae df a t n me s rme t y wo d : o e st i rci a ue n ;wa ef n t n f o v u ci o
中, 干涉 条纹 可 以免 受 振动 和 空气 的影 响 , 因此 , C H可制成相位全息 图, 种计算 全息图对离轴 的 G 这
载波用一离轴 的 即与一沿 轴 成 角传播 的 平面波与波函数 干涉 , 这样解决 了位相元件 中存在 的多衍射级 次的干扰 , 其全息透过率为 : hxY =I pi, (i . ) + x[ , ,) I= ( ,) e [ t s CS2r(ioA ,) } () { + O[q s . ) - n/ x Y] 7
旋转对称非球 面, 分析 了检测光路 , 推导出全息图条纹位置计 算公 式 , 到 了用于非球 面检测的计 得 算全息图样 , 并对测量光路进行 了仿真分析 , 结果表 明, 计算全息补偿干 涉测量法测量的均方差值
比传 统 的 干 涉测 量 法 小.
关键词 : 计算全息 ; 补偿干 涉测量 ; 波函数 中图分类号 : P 9 . 1 T 3 14 3 文献标识码 : A 文章编号 : 0 7 2 8 (0 5 0 — 0 7 0 10 — 63 20 )2 09 — 3
准波函数 ( y 一般不直接采用被检非球 面面形 ,)