新型数字波面斐索干涉仪的设计

　　0 引言

　　干涉测量技术以其高的测量精度在现代光学测量特别是高科技应用中扮演着非常重要的角色，许多精密测试工作都是依靠光干涉方法实现的，对于某些测试任务的解决，干涉法甚至是唯一可行的理想方法[1]。因此各种测量中各显神通发挥干涉测量的优势。目前光学车间多采用样板法检验光学零件的质量，这种方法简单易操作，但是可能会磨损被测件表面，而且样板在使用过程中因磨损会给测量结果带来不易察觉的误差。而实验室里各种类型的干涉仪可以实现对平面和球面光学零件面形的精确测量，能够达到较高的测量精度但是价格昂贵、振动对测量结果影响比较明显、移动不方便，目前GPI 系列干涉仪可以达到对球面测量和平面测量甚至更高的测量精度，如此高的测量精度可以作为标准计量仪器，但是价格昂贵。在干涉仪器中由于斐索干涉仪原理简单、易于实现小巧灵便的结构而被广泛用于测量光学零件的面形质量和局部面形偏差的各种场合。本文介绍新型斐索干涉仪具有体积小、结构简单、易于携带、实时数字显示等特点，采用斐索干涉原理可以对平面和球面光学零件进行面形测量，所得干涉条纹经光电成像器件 CCD 接收，并由图像数据采集卡转换成数字信号，利用 VC++编程对干涉条纹图像进行处理，根据干涉相关理论进行计算实时显示被测光学零件的面形信息。该干涉仪集光、机、电、算于一体，不具有非常高的精度但可以满足车间检验的要求如通常几道圈的要求，采用快速成像而且对单幅图像处理的条纹法具有较好的抗震能力，同时克服了样板法检验的固有缺陷又避免了主要用于实验室测量干涉仪的昂贵价格。

　　1 测量原理

　　该方案光学原理图如图 1 所示。采用转折光路尽可能减小仪器尺寸，选用时间相干性较好即相干长度长的激光作光源能够实现较大测量范围内干涉现象的发生，为了充分利用 CCD 感光面像元又不发生混频现象，所选照相镜头和 CCD间应满足 Shannon 采样定理：采样频率≥2 倍信号频率，也就是镜头所能分辨的最小尺寸为CCD像元尺寸的两倍，即一个像斑要能够成像到两个像元上如此才可以完全复原图像而不浪费 CCD 像元，因为 CCD感光面的增大意味着价格的提高[2]。

　　该仪器采用斐索干涉原理，能够实现对平面光学零件平面度和局部偏差的检验，也可以测量球面光学零件的面形质量、局部面形偏差，需要的话还可以测量其曲率半径。根据干涉理论，满足相干条件的光束 1 和光束2 在相遇区发生相干叠加而产生强度在空间稳定的强弱分布：其中 为两束光光程差△引起的位相差。