计算全息在干涉测试光路中的自准直辅助装调技术研究(4)
2 移相式数字波面干涉仪
2．1 干涉仪的分类
利用光干涉原理制造的仪器统称为干涉仪。
传统干涉仪有不同的分类。依据把一束光波分割成两束相干光波的方法，传统干涉仪可分为分振幅干涉仪和分波前干涉仪；按相干光束的数量，可分为双光束和多光束干涉：按相干光路，可分为分光路干涉仪和共光路干涉仪。
目前应用最广泛的是利用双光束等厚干涉的斐索、泰曼型干涉仪。用光波波长作为长度基准其优点很显著，它不仅精度高，而且能和光电技术结合起来，能使测量实现自动显示和自动控制。随着光电技术、计算机技术和激光技术的迅速发展，干涉仪也从目视判读干涉条纹发展到光电接收、自动数据处理，并日趋自动化、智能化，测试对象也日益多样化。这些发展使得干涉仪的光机部分的比重越来越小，特别是激光光源的应用，使斐索和泰曼光路在应用上的区别几乎消失。为了适应新干涉技术(如移相、外差等)、新探测器(CCD、ICCD等)、新光源(红外激光光源、天体微弱星光等)的应用和测试对象的多样化(大到数米的天文反射镜、小到几毫米的激光棒)，这些计算机控制的、自动处理数据的干涉仪可统称为数字波面干涉仪。
干涉仪的检验原理是通过研究光波波面经光学零件(或光学系统)后的变形来确定零件的质量。由于它是以干涉条纹图像来反映被测光学零件系统误差信息，且以波长为单位，所以它较之一般光学仪器在测量上具有高的精度和灵敏度。
数字波面干涉仪按相干光路分也分共光路干涉仪和分光路干涉仪两种，如斐索干涉仪和泰曼干涉仪，它们的测试原理和一般的斐索、泰曼干涉仪一样。数字波面干涉仪就是在原有的干涉仪的基础上增加一些电子设备，使干涉图像的采集方便化、自动化，并且要有相应的测试软件，通过软件对采集的波面数据进行处理，得到被测件的待测参数，这样才能实现测试的自动化。
2．2 移相式数字波面干涉仪
移相式数字波面干涉仪由工控机和干涉仪主机组成。包括五个系统：1)干涉仪主机，2)移相器一PZT，3)PZT控制源和驱动电源，4)计算机及外设，5)图像采集系统。
干涉仪统的工作过程为：计算机对PZT控制发出指令，按设计好的时序和电压信号驱动PZT，PZT推动参考镜位移产生相位位移，干涉条纹在干涉场中位移，同时图像采集系统在计算机控制下利用CCD对动态干涉图进行采样，采样结束后由计算机按一定的算法高精度的复原波面，通过对复原出的波面进行再处理，就得到被测件的待测参数。计算机得到光强值后通过移相算法、波面解包算法等处理，就可以得到整个波面的相位值，再通过对波面的处理计算就可以得到所需的被测件的参数。
图2.1 移相式数字波面干涉仪的系统框图
数字波面干涉仪的测试原理与一般的干涉仪一样，但它的内部增加了多种电器控制部件：如光源部分增加了计算机控制的步进电机及其反馈控制电路，用来驱动渐变滤光镜保证干涉光强的稳定，保证其在CCD的线性响应区内；在参考反射镜后有一个压电陶瓷堆(PZT)制作的高精度移相器，受计算机控制对参考光束相位进行调制；在接收光路中增加了一个CMOS来接收初调图像，其与接收到测试干涉图的CCD用电子系统进行软切换，取代反射镜切换方法，简化了光路，提高了系统的整体可靠性；在CCD前有调焦、变倍系统，可以通过调整得到清晰的干涉图像，并能使小样品的像放大到合适的尺寸。这些电器部件，通过一块集成控制板与计算机接口连接，可以按程序指令自动调整，也可由操作人员根据实际情况通过软件界面上的一个模拟面板控制。在计算机不开机时，通过干涉仪上的控制面板也可进行调整观察。CCD得到的是视频信号，必须经采样、量化编码后，送入计算机，成为计算机可以处理的干涉条纹的灰度图像，所以要用图像采集卡来完成这个功能。在Windows环境下，采用PCI接口的图像采集卡可以充分利用计算机资源，提高采集精度，原来在卡内的图像存储、运算处理功能，转移到了主机中执行，极大地提高了图像采集卡的性能／价格比[4]。
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