阅读说明：本技术 一种短相干泰曼干涉的色散补偿方法及测量装置 (Dispersion compensation method and measurement device for short-coherence Taman interference ) 是由 朱秋东 苑静 张喆民 王姗姗 刘彬 王伟志 于 2019-11-13 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种短相干泰曼干涉的色散补偿方法及测量装置。色散补偿方法为在短相干泰曼干涉仪中设置可旋转的细调补偿板和可更换的粗调补偿板,通过旋转细调补偿板改变其法线方向与所在光路光轴的夹角大小和更换不同厚度的粗调补偿板,实现参考光和测试光之间各波长光程差为零,进行色散补偿。本发明操作方便,可实现连续可调测量不同厚度透明平板样品的透射波像差。(The invention provides a dispersion compensation method and a measurement device for short-coherence Taman interference. The dispersion compensation method is that a rotatable fine adjustment compensation plate and a replaceable coarse adjustment compensation plate are arranged in the short-coherence Taemann interferometer, the size of an included angle between the normal direction of the fine adjustment compensation plate and the optical axis of the optical path is changed by rotating the fine adjustment compensation plate, the coarse adjustment compensation plates with different thicknesses are replaced, the optical path difference of each wavelength between reference light and test light is zero, and dispersion compensation is carried out. The invention has convenient operation and can realize continuous adjustable measurement of the transmitted wave aberration of the transparent flat plate samples with different thicknesses.)

一种短相干泰曼干涉的色散补偿方法及测量装置

技术领域

本发明涉及短相干光源干涉测量仪器的技术领域，具体涉及一种短相干泰曼干涉的色散补偿方法及测量装置。

背景技术

短相干泰曼干涉仪的基本原理为短相干光源发出的光通过准直透镜形成平行光束，该平行光经分光棱镜分成参考光和测试光，参考光被第一参考镜反射后，沿原光路返回至分光棱镜，经分光棱镜反射至成像光路，而测试光经被测透明平板样品透射，经第二参考镜反射后，沿原路返回，经分光棱镜透射至成像光路，并与返回至成像光路的参考光形成干涉，由成像镜头成像至相机靶面，通过分析干涉图实现精确测量被测透明材料的面形、厚度、波像差等，短相干泰曼干涉仪的光学结构示意图如图1所示。

短相干泰曼干涉仪因其参考光路与测试光路相互分开，可通过调整第一参考镜或第二参考镜与分光棱镜的距离，使被第一参考镜反射的参考光与被第二参考镜反射的测试光产生干涉，并且可以灵活在光路中增减及更换光学元器件。其短相干光源相干长度较短，可有效避免由于被测透明材料前表面返回的光与参考光、被测透明材料后表面返回的光与参考光分别产生干涉，而对成像光路中相机采集的干涉图造成干扰。

但是，短相干泰曼干涉仪，需要考虑参考光和测试光之间的色散补偿。例如，中国发明专利ZL201810061382.7提出了一种基于短相干动态泰曼-格林干涉仪的相位缺陷检测系统及方法中采用长方体的分光元件使测试光与参考光之间各波长光程差为零，进行色散补偿。该方案没有考虑不同厚度透明平板样品的色散补偿，只能对某一固定厚度规格样品的测量进行色散补偿，不适用于不同厚度透明平板样品的色散补偿。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明所要解决的技术问题在于：提供一种适合不同厚度透明平板样品的短相干泰曼干涉测量的色散补偿方法及测量装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种短相干泰曼干涉的色散补偿方法，在短相干泰曼干涉仪中设置可旋转的细调补偿板和可更换的粗调补偿板，通过旋转细调补偿板改变其法线方向与所在光路光轴的夹角大小和更换不同厚度的粗调补偿板，实现参考光和测试光之间各波长光程差为零，进行色散补偿，其中：细调补偿板和粗调补偿板均与被测透明平板样品具有相同色散特性。

优选地，细调补偿板被设置在短相干泰曼干涉仪的参考光路中，粗调补偿板被设置在短相干泰曼干涉仪的参考光路中。

优选地，细调补偿板被设置在短相干泰曼干涉仪的参考光路中，粗调补偿板被设置在短相干泰曼干涉仪的测试光路中。

优选地，细调补偿板被设置在短相干泰曼干涉仪的测试光路中，粗调补偿板被设置在短相干泰曼干涉仪的参考光路中。

优选地，粗调补偿板是以级差为a毫米的一组不同厚度分级规格板，细调补偿板可补偿的最大厚度变化量为b毫米，所述a应不大于所述b。

相应地，一种短相干泰曼干涉测量装置，包括短相干光源、准直镜、分光元件、第一参考镜、第二参考镜、聚光镜头、成像镜头、相机、可旋转的细调补偿板和可更换的粗调补偿板；短相干光源发出的光，经准直镜后变换为平行光，所述平行光经分光元件分成参考光和测试光，所述参考光经细调补偿板透射，经第一参考镜反射后，沿原路返回，经分光元件反射至成像光路，所述测试光经被测透明平板样品透射，经第二参考镜反射后，沿原路返回，经分光元件透射至成像光路，并与返回至成像光路的参考光形成干涉，由成像镜头成像至相机靶面，通过旋转细调补偿板改变其法线方向与所在光路光轴的夹角大小和更换不同厚度的粗调补偿板，组合实现参考光和测试光之间各波长光程差为零，进行色散补偿，使相机获得清晰的干涉条纹图像，对干涉条纹图像进行分析计算，测量出被测透明平板样品的透射波像差，其中：细调补偿板和粗调补偿板均与被测透明平板样品具有相同色散特性。

优选地，细调补偿板被设置在短相干泰曼干涉仪的参考光路中，粗调补偿板被设置在短相干泰曼干涉仪的参考光路中。

优选地，细调补偿板被设置在短相干泰曼干涉仪的参考光路中，粗调补偿板被设置在短相干泰曼干涉仪的测试光路中。

优选地，细调补偿板被设置在短相干泰曼干涉仪的测试光路中，粗调补偿板被设置在短相干泰曼干涉仪的参考光路中。

优选地，粗调补偿板是以级差为a毫米的一组不同厚度分级规格板，细调补偿板可补偿的最大厚度变化量为b毫米，a应不大于b。

优选地，分光元件为分光棱镜。

优选地，分光元件为为分光板和与分光板具有相同色散特性的分光板补偿板的组合。

本发明的有益技术效果在于：在短相干泰曼干涉仪中，增加可旋转的细调补偿板和可更换的粗调补偿板，通过旋转细调补偿板改变其法线方向与所在光路光轴的夹角大小和更换不同厚度的粗调补偿板，可实现测量不同厚度被测透明平板样品时的色散补偿，更适合批量测量。

附图说明

图1是短相干泰曼干涉仪原理的光学结构示意图；

图2是本发明提供的短相干泰曼干涉的色散补偿方法及测量装置实施例一的光学结构示意图；

图3是本发明提供的短相干泰曼干涉的色散补偿方法及测量装置实施例一的细调补偿板旋转位置光路变化示意图；

图4是本发明提供的短相干泰曼干涉的色散补偿方法及测量装置实施例一的细调补偿板的厚度时，旋转细调补偿板可补偿的厚度变化量与细调补偿板法线方向与参考光光轴的夹角的关系图；

图5是本发明提供的短相干泰曼干涉的色散补偿方法及测量装置实施例一的细调补偿板法线方向与参考光光轴的夹角最大值为70度时，旋转细调补偿板可补偿的最大厚度变化量与其厚度的关系图；

图6是本发明提供的短相干泰曼干涉的色散补偿方法及测量装置实施例二的光学结构示意图；

图7是本发明提供的短相干泰曼干涉的色散补偿方法及测量装置实施例三的光学结构示意图；

图8是本发明提供的短相干泰曼干涉的色散补偿方法及测量装置实施例四的光学结构示意图；

图中：1为短相干光源，2为准直镜，3为分光棱镜，4为第一参考镜，5为第二参考镜，6为聚光透镜，7为成像透镜，8为相机，9为被测透明平板样品，10为细调补偿板，11为粗调补偿板，12为分光板，13为分光板补偿板。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了便于描述，在下述的所有实施例中，设细调补偿板10的折射率为，参考光或测试光在细调补偿板10中单次透射时的传播距离为，细调补偿板10的厚度为，参考光或测试光在粗调补偿板11中单次透射时的传播距离为，粗调补偿板11的厚度为，测试光在被测透明平板样品9中单次透射时传播的距离为，被测透明平板样品9的厚度为。

实施例一：

图2为实施例一的光学结构示意图，如图2所示，一种短相干泰曼干涉测量装置，包括：短相干光源1、准直镜2、分光棱镜3、第一参考镜4、第二参考镜5、聚光透镜6、成像透镜7、相机8、可旋转的细调补偿板10和可更换的粗调补偿板11，通过旋转细调补偿板10改变其法线方向与参考光光轴的夹角大小和更换不同厚度的粗调补偿板11，组合实现参考光和测试光之间各波长光程差为零，进行色散补偿，其中：细调补偿板10和粗调补偿板11均与被测透明平板样品9具有相同色散特性。

如图2所示，主要光学元件位置关系如下：被测透明平板样品9设置在测试光路中，垂直于测试光光轴，位于分光棱镜3和第二参考镜5之间，细调补偿板10和粗调补偿板11设置在参考光路中，位于分光棱镜3和第一参考镜4之间，粗调补偿板11垂直于参考光光轴。调整第一参考镜4或第二参考镜5到分光棱镜的距离，使参考光路臂长和测试光路臂长相等。

因为被测透明平板样品9设置在测试光路中，垂直于测试光光轴，所以。

因为在粗调补偿板11设置在参考光路中，垂直于参考光光轴，所以。

分析如图2所示光路，短相干光源1发出的光，经过准直镜2转换为平行光，所述平行光经分光棱镜3分成参考光和测试光。

在参考光路中，该参考光依次经细调补偿板10、粗调补偿板11透射，被第一参考镜4反射后，再依次经粗调补偿板11、细调补偿板10透射，返回至分光棱镜3，经分光棱镜3反射至成像光路。

在测试光路中，该测试光经被测透明平板样品9透射，被第二参考镜5反射后，再次经被测透明平板样品9透射，返回至分光棱镜3，经分光棱镜3透射至成像光路。

经分光棱镜3反射至成像光路的参考光和经分光棱镜3透射至成像光路的测试光汇合产生干涉，汇合后的光经过聚光透镜6，进入成像透镜7和相机8，通过旋转细调补偿板10改变其法线方向与参考光光轴的夹角大小和更换不同厚度的粗调补偿板11，组合实现参考光和测试光之间各波长光程差为零，进行色散补偿，使相机8获得清晰的干涉条纹图像，通过相机8采集干涉条纹图像，采用单帧干涉条纹处理方法对采集图像进行分析计算，测量出被测透明平板样品的透射波像差。

本实施例测量装置的色散补偿分析。

综合上述光路分析可知：

因为参考光路臂长和测试光路臂长相等，参考光从发出到与测试光干涉在分光棱镜3中传播的距离和测试光从发出到与参考光干涉在分光棱镜3中传播的距离相等。只需参考光经过的细调补偿板10和粗调补偿板11的光程与测试光经过的被测透明平板样品9的光程相等，即可实现参考光路与测试光路中各波长的光达到零光程差，进行色散补偿。

又因为细调补偿板10和粗调补偿板11均与被测透明平板样品9具有相同色散特性，所以只需参考光在细调补偿板10和粗调补偿板11的传播总距离与测试光在被测透明平板样品9的传播总距离相等。

参考光从发出至与测试光汇合在细调补偿板10和粗调补偿板11中的传播总距离为。

测试光从发出至与参考光汇合在被测透明平板样品9中的传播总距离为。

所以，若实现参考光和测试光之间各波长的光程差为零，只需化简可得：

（1）

又因为，，所以可得：

（2）

根据公式2可知，可通过更换不同厚度的粗调补偿板11，改变，可通过旋转细调补偿板10，改变其法线方向与参考光光轴的夹角大小，从而改变，以适应随被测透明平板样品9的厚度变化，使其满足上述公式2，调整参考光和测试光之间各波长的光程差为零，补偿因被测透明平板样品9厚度变化而带来的光程改变，进行色散补偿，以适应测量不同厚度被测透明平板样品。

下面具体分析旋转细调补偿板10，改变其法线方向与参考光光轴的夹角大小后，的变化情况及变化范围，进而确定所能实现色散补偿的被测透明平板样品9的厚度的变化范围。

旋转细调补偿板10色散补偿分析。

初始时，细调补偿板10垂直于参考光光轴放置，如图3（a）所示，此时。然后旋转细调补偿板10，使其法线方向与参考光光轴的夹角为，此时对应的折射角为，如图3（b）所示，可得，再根据折射率可得，故可得：

（3）

细调补偿板10法线方向与参考光光轴的夹角由0变到时，参考光在细调补偿板10中传播距离的变化量:

（4）

细调补偿板10法线方向与参考光光轴的夹角取最大值时，将带入公式4可得：

（5）

并得到随着细调补偿板10法线方向与参考光光轴的夹角的变化，的变化范围：

（6）

任一确定的本实施例测量装置，其细调补偿板10的折射率为确定的固定值，细调补偿板10的厚度为确定的固定值，细调补偿板10法线方向与参考光光轴的夹角取最大值（细调补偿板可旋转的最大角度）为确定的固定值。所以参考光在细调补偿板10中单次透射时传播距离的变化量最大值也为确定的固定值。

根据上述分析，设细调补偿板10的折射率，细调补偿板10的厚度，则可得此时旋转细调补偿板可补偿的厚度变化量和细调补偿板10法线方向与参考光光轴的夹角的关系如图4所示。

设细调补偿板10的折射率，细调补偿板10法线方向与参考光光轴的夹角的最大值度，则可得此时旋转细调补偿板10可补偿得的厚度变化量最大值与细调补偿板10的厚度的关系如图5所示。

综合上述旋转细调补偿板10色散补偿分析，可知以下结论：

（1）越大，旋转细调补偿板10可色散补偿测量被测透明平板样品9的厚度的最大值和最小值越大。所以可根据设计需要来选择细调补偿板10的不同厚度，以所能实现色散补偿的被测透明平板样品9厚度的变化范围。

（2）参考光在细调补偿板10中单次透射时传播距离的变化量在细调补偿板10的折射率一定时，与细调补偿板10的厚度和细调补偿板10法线方向与参考光光轴的夹角有关，并且越大，越大；越大，越大。

（3）在设计本实施例测量装置可根据测量需要，结合公式2、公式4、公式6和图5选择确定细调补偿板10的厚度。

（4）在使用本实施例测量装置可根据细调补偿板10的折射率为、被测透明平板样品9的厚度和细调补偿板10的厚度，结合公式2、公式4和图4初步计算细调补偿板10法线方向与参考光光轴的夹角。

（5）结合公式2和公式6得到任一确定的本实施例测量装置所能实现色散补偿的被测透明平板样品9厚度的变化范围：

（7）

综合上述本实施例测量装置的色散补偿分析，可知：

（1）当本实施例测量装置测量的不同厚度被测透明平板样品9时，将可更换的粗调补偿板11设置为空（即）时，通过旋转细调补偿板10，改变其法线方向与参考光光轴的夹角大小，调整参考光和测试光之间各波长的光程差为零，以实现不同厚度的被测透明平板样品测量的色散补偿。

（2）当本实施例测量装置测量的不同厚度被测透明平板样品9时，先将可更换的粗调补偿板11，改变，由公式2可知，再通过旋转细调补偿板10，改变其法线方向与参考光光轴的夹角大小，调整参考光路与测试光路中各波长的光程差为零，进行色散补偿。结合公式7可知所更换的粗调补偿板11厚度应满足。

所以，当任一确定的本实施例测量装置测量的不同厚度被测透明平板样品9时，被测透明平板样品9位置固定不变，被测透明平板样品9的厚度因被测透明平板样品9不同而不同，此时可以通过更换不同厚度的粗调补偿板11和旋转细调补偿板10，调整参考光和测试光之间各波长的光程差为零，以实现测量不同厚度的被测透明平板样品的色散补偿。

通过更换合适厚度的粗调补偿板11和旋转合适角度的细调补偿板10的组合操作，本实施例测量装置可实现被测透明平板样品可测厚度的连续可调。下面举例说明，如何选择一组合适厚度的粗调补偿板11。

粗调补偿板11是一组厚度为ka(mm)的不同厚度分级规格板，其中k=0,1,2,3，……下面分析a的取值范围。

当时，根据公式2和公式7可知，本实施例测量装置可测的被测透明平板样品9的最大厚度：

（8）

当时，根据公式2和公式7可知，本实施例测量装置可测的被测透明平板样品9的最小厚度：

（9）

若本实施例测量装置可实现连续厚度的被测透明平板样品，则需满足：

（10）

结合公式8、公式9、公式10可得

化简可得：

（11）

显然，，结合上述分析，可得本计算例的取值范围:

（12）

综合上述分析，粗调补偿板11是一组厚度为不同厚度分级规格板时，可通过更换合适厚度的粗调补偿板11和旋转合适角度的细调补偿板10的组合操作，本实施例测量装置可实现被测透明平板样品可测厚度的连续可调。

实施例二：

图6为实施例二的光学结构示意图，如图6所示，一种短相干泰曼干涉测量装置，包括：短相干光源1、准直镜2、分光棱镜3、第一参考镜4、第二参考镜5、聚光透镜6、成像透镜7、相机8、可旋转的细调补偿板10和可更换的粗调补偿板11，通过旋转细调补偿板10改变其法线方向与参考光光轴的夹角大小和更换不同厚度的粗调补偿板11，组合实现参考光和测试光之间各波长光程差为零，进行色散补偿，其中：细调补偿板10和粗调补偿板11均与被测透明平板样品9具有相同色散特性。

如图6所示，主要光学元件位置关系如下：被测透明平板样品9和粗调补偿板11设置在测试光路中，两者垂直于测试光光轴，位于分光棱镜3和第二参考镜5之间，细调补偿板10设置在参考光路中，位于分光棱镜3和第一参考镜4之间，粗调补偿板11垂直于参考光光轴。调整第一参考镜4或第二参考镜5到分光棱镜之间的距离，使参考光路臂长和测试光路臂长相等。

因为被测透明平板样品9设置在测试光路中，垂直于测试光光轴，所以。

因为在粗调补偿板11设置在测试光路中，垂直于测试光光轴，所以。

分析如图6所示光路，短相干光源1发出的光，经过准直镜2转换为平行光，所述平行光经分光棱镜3分成参考光和测试光。

在参考光路中，该参考光经细调补偿板10透射，被第一参考镜4反射后，再次经细调补偿板10透射，返回至分光棱镜3，经分光棱镜3反射至成像光路。

在测试光路中，该测试光依次经被测透明平板样品9、粗调补偿板11透射后，被第二参考镜5反射后，再依次经粗调补偿板11、被测透明平板样品9透射后，返回至分光棱镜3，经分光棱镜3透射至成像光路。

经分光棱镜3反射至成像光路的参考光和经分光棱镜3透射至成像光路的测试光汇合产生干涉，汇合后的光经过聚光透镜6，进入成像透镜7和相机8，通过旋转细调补偿板10改变其法线方向与参考光光轴的夹角大小和更换不同厚度的粗调补偿板11，组合实现参考光和测试光之间各波长光程差为零，进行色散补偿，使相机8获得清晰的干涉条纹图像，通过相机8采集干涉条纹图像，采用单帧干涉条纹处理方法对采集图像进行分析计算，测量出被测透明平板样品的透射波像差。

本实施例测量装置的色散补偿分析。

综合上述光路分析可知：

因为参考光路臂长和测试光路臂长相等，参考光从发出到与测试光干涉在分光棱镜3中传播的距离和测试光从发出到与参考光干涉在分光棱镜3中传播的距离相等。只需参考光经过的细调补偿板10的光程与测试光经过的被测透明平板样品9和粗调补偿板11的光程相等，即可实现参考光路与测试光路中各波长的光达到零光程差，进行色散补偿。

又因为细调补偿板10和粗调补偿板11均与被测透明平板样品9具有相同色散特性，所以只需参考光在细调补偿板10的传播总距离与测试光在被测透明平板样品9和粗调补偿板11的传播总距离相等。

参考光从发出至与测试光汇合在细调补偿板10中的传播总距离为。

测试光从发出至与参考光汇合在被测透明平板样品9和粗调补偿板11的传播总距离为。

所以，若实现参考光和测试光之间各波长的光程差为零，只需化简可得：

（13）

又因为，，所以可得：

（14）

根据公式14可知，可通过更换不同厚度的粗调补偿板11，改变，可通过旋转细调补偿板10，改变其法线方向与参考光光轴的夹角大小，从而改变，以适应随被测透明平板样品9的厚度变化，使其满足上述公式14，调整参考光和测试光之间各波长的光程差为零，补偿因被测透明平板样品9厚度变化而带来的光程改变，进行色散补偿，以适应测量不同厚度被测透明平板样品。

下面具体分析被测样品9的厚度变化时，如何更换粗调补偿板11和旋转细调补偿板10改变和，以适应随被测样品9的厚度变化，使其满足上述公式14。

旋转细调补偿板10色散补偿分析与实施例一相同，此处不再详细说明。

由实施例一的旋转细调补偿板10色散补偿分析可知：结合公式6和公式14得到任一确定的本实施例测量装置所能实现色散补偿的被测透明平板样品9厚度的变化范围：

（15）

综合旋转细调补偿板10色散补偿分析和公式15，可知：

（1）本实施例测量装置测量的不同厚度被测透明平板样品9，将可更换的粗调旋转板11设置为空（即）时，通过旋转细调补偿板10，改变其法线方向与参考光光轴的夹角大小，调整参考光和测试光之间各波长的光程差为零，以实现测量不同厚度的被测透明平板样品的色散补偿。

（2）当本实施例测量装置测量的不同厚度被测透明平板样品9时，先将可更换的粗调补偿板11，改变，由公式16可知，再通过旋转细调补偿板10，改变其法线方向与参考光光轴的夹角大小，调整参考光路与测试光路中各波长的光程差为零，进行色散补偿。结合公式6可知所更换的粗调补偿板11厚度应满足。

所以，当任一确定的本实施例测量装置测量的不同厚度被测透明平板样品9时，被测透明平板样品9位置固定不变，被测透明平板样品9的厚度因被测透明平板样品9不同而不同，此时可以通过更换不同厚度的粗调补偿板11和旋转细调补偿板10，调整参考光和测试光之间各波长的光程差为零，以实现测量不同厚度的被测透明平板样品的色散补偿。

实施例三：

图7为实施例三的光学结构示意图，如图7所示，一种短相干泰曼干涉测量装置，包括：短相干光源1、准直镜2、分光棱镜3、第一参考镜4、第二参考镜5、聚光透镜6、成像透镜7、相机8、可旋转的细调补偿板10和可更换的粗调补偿板11，通过旋转细调补偿板10改变其法线方向与参考光光轴的夹角大小和更换不同厚度的粗调补偿板11，组合实现参考光和测试光之间各波长光程差为零，进行色散补偿，其中：细调补偿板10和粗调补偿板11均与被测透明平板样品9具有相同色散特性。

如图7所示，主要光学元件位置关系如下：被测透明平板样品9和细调补偿板10设置在测试光路中，被测透明平板样品9垂直于测试光光轴，位于分光棱镜3和第二参考镜5之间，粗调补偿板11设置在参考光路中，位于分光棱镜3和第一参考镜4之间，粗调补偿板11垂直于参考光光轴。调整第一参考镜4或第二参考镜5到分光棱镜之间的距离，使参考光路臂长和测试光路臂长相等。

因为被测透明平板样品9设置在测试光路中，垂直于测试光光轴，所以。

因为在粗调补偿板11设置在参考光路中，垂直于参考光光轴，所以。

分析如图7所示光路，短相干光源1发出的光，经过准直镜2转换为平行光，所述平行光经分光棱镜3分成参考光和测试光。

在参考光路中，该参考光经粗调补偿板11透射，被第一参考镜4反射后，再次经粗调补偿板11透射，返回至分光棱镜3，经分光棱镜3反射至成像光路。

在测试光路中，该测试光依次经被测透明平板样品9、细调补偿板10透射后，被第二参考镜5反射后，再依次经细调补偿板10、被测透明平板样品9透射后，返回至分光棱镜3，经分光棱镜3透射至成像光路。

经分光棱镜3反射至成像光路的参考光和经分光棱镜3透射至成像光路的测试光汇合产生干涉，汇合后的光经过聚光透镜6，进入成像透镜7和相机8，通过旋转细调补偿板10改变其法线方向与参考光光轴的夹角大小和更换不同厚度的粗调补偿板11，组合实现参考光和测试光之间各波长光程差为零，进行色散补偿，使相机8获得清晰的干涉条纹图像，通过相机8采集干涉条纹图像，采用单帧干涉条纹处理方法对采集图像进行分析计算，测量出被测透明平板样品的透射波像差。

本实施例测量装置的色散补偿分析。

因为参考光路臂长和测试光路臂长相等，参考光从发出到与测试光干涉在分光棱镜3中传播的距离和测试光从发出到与参考光干涉在分光棱镜3中传播的距离相等。只需参考光经过的粗调补偿板11的光程与测试光经过的被测透明平板样品9和细调补偿板10的光程相等，即可实现参考光路与测试光路中各波长的光达到零光程差，进行色散补偿。

又因为细调补偿板10和粗调补偿板11均与被测透明平板样品9具有相同色散特性，所以只需参考光在粗调补偿板11的传播总距离与测试光在被测透明平板样品9和细调补偿板11的传播总距离相等。

参考光从发出至与测试光汇合在粗调补偿板11中的传播总距离为。

测试光从发出至与参考光汇合在被测透明平板样品9和细调补偿板10的传播总距离为。

所以，若实现参考光和测试光之间各波长的光程差为零，只需化简可得：

（16）

又因为，，所以可得：

（17）

下面具体分析被测样品9的厚度变化时，如何更换粗调补偿板11和旋转细调补偿板10改变和，以适应随被测样品9的厚度变化，使其满足上述公式17。

旋转细调补偿板10色散补偿分析与实施例一类似，此处不再详细说明。

由实施例一的旋转细调补偿板10色散补偿分析可知：结合公式6和公式17得到任一确定的本实施例测量装置所能实现色散补偿的被测透明平板样品9厚度的变化范围：

（18）

综上所述，任一确定的本实施例测量装置测量的任一厚度被测透明平板样品9时，被测透明平板样品9位置固定不变，被测透明平板样品9的厚度因被测透明平板样品9不同而不同，均可以先更换更换的粗调补偿板11，改变，再通过旋转细调补偿板10，改变其法线方向与参考光光轴的夹角大小，调整参考光路与测试光路中各波长的光程差为零，进行色散补偿。结合公式6可知所更换的粗调补偿板11厚度应满足。

实施例四：

图8为实施例四的光学结构示意图，如图8所示，一种泰曼干涉测量装置，包括：短相干光源1、准直镜2、第一参考镜4、第二参考镜5、聚光透镜6、成像透镜7、相机8、可旋转的细调补偿板10和可更换的粗调补偿板11、分光板12和分光板补偿板13，通过旋转细调补偿板10改变其法线方向与参考光光轴的夹角大小和更换不同厚度的粗调补偿板11，组合实现参考光和测试光之间各波长光程差为零，进行色散补偿，其中：细调补偿板10和粗调补偿板11均与被测透明平板样品9具有相同色散特性，分光板12与分光板补偿板13具有相同色散特性。

如图8所示，主要光学元件位置关系如下：分光板12的下表面镀有半透半反膜，被测透明平板样品9设置在测试光路中，垂直于测试光光轴，位于分光板12和第二参考镜5之间，分光板补偿板13、细调补偿板10和粗调补偿板11设置在参考光路中，位于分光板12和第一参考镜4之间，粗调粗调补偿板11，垂直于参考光光轴。调整第一参考镜4或第二参考镜5到分光板12下表面之间的距离，使参考光路臂长和测试光路臂长相等，调整分光板补偿板13的角度，使参考光单次透射分光板12传播的距离与测试光单次透射分光板补偿板13传播的距离相等。

因为被测透明平板样品9设置在测试光路中，垂直于测试光光轴，所以。

因为在粗调补偿板11设置在参考光路中，垂直于参考光光轴，所以。

分析如图8所示光路，短相干光源1发出的光，进入本实施例测量装置后，经过准直镜2转换为平行光，该平行光经过分光板12后在其下表面发生透射和反射，经过分光板12下表面的透射光为参考光，经过分光板12下表面的反射光为测试光，参考光与测试光在分光板12下表面分离。

分离后，该参考光依次经分光板补偿板13、细调补偿板10和粗调补偿板11透射后，被第一参考镜4反射后，再依次经粗调补偿板11、细调补偿板10和分光板补偿板13透射后，返回至分光板12的下表面，经分光板12的下表面反射至成像光路。

该测试光依次经分光板12、被测透明平板样品9透射后，被第二参考镜5反射后，再依次经被测透明平板样品9、分光板12透射至成像光路。

返回至成像光路的参考光和返回至成像光路的测试光汇合产生干涉，汇合后的光经过聚光透镜6，进入成像透镜7和相机8，通过旋转细调补偿板10改变其法线方向与参考光光轴的夹角大小和更换不同厚度的粗调补偿板11，实现参考光和测试光之间各波长光程差为零，进行色散补偿，使相机8获得清晰的干涉条纹图像，通过相机8采集干涉条纹图像，采用单帧干涉条纹处理方法对采集图像进行分析计算，测量出被测透明平板样品的透射波像差。

本实施例测量装置的色散补偿分析。

综合上述光路分析可知：

因为参考光路臂长和测试光路臂长相等，参考光单次透射分光板12传播的距离与测试光单次透射分光板补偿板13传播的距离相等。只需参考光经过的细调补偿板10和粗调补偿板11的光程和与测试光经过的被测透明平板样品9的光程相等，即可实现参考光路与测试光路中各波长的光达到零光程差，进行色散补偿。

又因为细调补偿板10和粗调补偿板11均与被测透明平板样品9具有相同色散特性，所以只需参考光在细调补偿板10和粗调补偿板11的传播总距离与测试光在被测透明平板样品9的传播总距离相等。

参考光从发出至与测试光汇合在分光板补偿板13透射、细调补偿板10和粗调补偿板11中的传播总距离为。

测试光从发出至与参考光汇合在分光板12和被测透明平板样品9中的传播总距离为。

所以，若实现参考光和测试光之间各波长的光程差为零，只需化简可得：

（19）

又因为，所以可得：

（2）

根据公式2可知，可通过更换不同厚度的粗调补偿板11，改变，可通过旋转细调补偿板10，改变其法线方向与参考光光轴的夹角大小，从而改变，以适应随被测透明平板样品9的厚度变化，使其满足上述公式2，调整参考光和测试光之间各波长的光程差为零，补偿因被测透明平板样品9厚度变化而带来的光程改变，进行色散补偿，以适应测量不同厚度被测透明平板样品。余下的本实施例测量装置的色散补偿分析与本实施例一的相关部分一致，实施例一测量装置的色散补偿分析相关结论也全部适用本实施例测量装置，不再详细说明。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的实施例仅仅是示意性的，例如可以与实施例四一样，均可将实施例二和实施例三中分光棱镜替换成分光板和分光板补偿板，形成不同的实施例。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。