一種基于旋轉平移絕對檢測的干涉儀出射波前檢測方法
【專利摘要】一種基于旋轉平移絕對檢測的干涉儀出射波前檢測方法屬于光學檢測領域，包括如下步驟：定義坐標系；在貓眼位置放置反射鏡；使干涉儀圖像充滿CCD；確定貓眼位置的中心處；面形測量軟件測量貓眼位置數據W0、W1和W2；調整反射鏡繞著XY軸的傾斜或者角反射鏡在XY方向的平移，得傾斜量tx1和ty1或者平移量trx1和try1，W0＝Wg-Wg’；W1＝Wg-Wg’(dx,0)，dx≈tx1×F#×PD，dx＝2×trx1/PR，W2＝Wg-Wg’(0,dy)，dy≈ty1×F#×PD，dy＝2×try1/PR；利用W0，W1，W2和dx，dy，通過旋轉平移剪切絕對檢測技術用計算機編制軟件計算出透射波前Wg。
【專利說明】一種基于旋轉平移絕對檢測的干涉儀出射波前檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于光學檢測領域，涉及一種基于旋轉平移絕對檢測的干涉儀出射波前檢測方法。
【背景技術】
[0002]菲索干涉儀是目前高精度面形檢測和高精度波像差檢測等光學檢測領域主要應用的工具之一，菲索干涉儀檢測之所以能夠實現高精度，主要是因為其共光路的特點，即參考光路和被測光路在干涉儀內部是共光路的，能夠消除大部分系統誤差。然而完全的共光路是一種理想情況，任何干涉儀系統都會有一定的波前誤差，而導致回程誤差(retraceerror)，所以認識以及測量干涉儀、特別是安裝球面標準鏡情況下的透射波前對于高精度檢測是非常重要的，同時通過測量還可以在一定程度下進行回程誤差的補償，從而提高測量精度。
[0003]一般系統的出射波前測量一般需要把該系統置于干涉儀光路中進行測量，利用光束經過改系統波前的改變來進行測量。因為無法在分系統級別直接測量干涉儀出射波前，只能通過干涉儀測量數據來進行計算得到。而利用哈特曼波前傳感器進行干涉儀波前測量需要搭建另外的光路進行縮束，并且搭建的光路需要進行標定，操作復雜。
【發明內容】
[0004]為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供了一種基于旋轉平移絕對檢測的干涉儀出射波前檢測方法，該方法解決干涉儀出射波前測量復雜，測量精度影響因素較多的問題，使測量方法操作簡單，檢測精度較高。
[0005]本發明解決技術問題所采用的技術方案如下:
[0006]一種基于旋轉平移絕對檢測的干涉儀出射波前檢測方法，該方便包括如下步驟:
[0007]步驟一:定義光軸方向為Z軸，垂直光軸方向為XY平面，在球面干涉儀的波前焦點位置放置平面反射鏡垂直于Z軸形成貓眼位置；或者在平面干涉儀，被測面位置放置角反射鏡垂直于Z軸形成貓眼位置測量；
[0008]步驟二:待干涉儀的各部分工作環境穩定之后，通過觀察干涉條紋調整平面反射鏡繞著X、Y的傾斜或者角反射鏡在X，Y方向的平移使得干涉圖盡量充滿整個CCD ;對于球面干涉儀測量貓眼位置的Power項，調整平面反射鏡的Z向位置使得Power項小于2個條紋；
[0009]步驟三:貓眼的測量值為干涉儀透射波前與之旋轉180度的差值，而旋轉中心記為貓眼數據的中心；通過尋找圓形干涉圖中心的方法來確定旋轉中心；或者通過尖狀物分別在X方向和Y方向遮擋干涉圖，然后通過尖狀物的成像位置來確定旋轉中心；
[0010]步驟四:利用干涉儀的面形測量軟件測量貓眼位置數據不考慮參考面面形誤差的前提下，W。為干涉儀透射波前^和^旋轉180度Wg’間的差值;= wg-wg’ =2X (ffg-ffs)，其中Ws為旋轉180度不變項，包括旋轉對稱項和角頻為2 Θ的項，旋轉中心為(cx, cy);
[0011 ] 步驟五:調整平面反射鏡繞著Y軸的傾斜或者角反射鏡在X方向的平移，假設測得反射鏡的傾斜量為txl或者角反射鏡的平移量為tMl，然后再次測量貓眼位置數據Wi ;Wi =Wg-Wg’(dx，0)，其中(dx, 0)表示數據在CCD上平移dx個像素，而dx ~ txlXF#XH)，或者dx=2 X tMl/PR，其中F#為球面標準鏡的F數，Η)為標準鏡全口徑占(XD的像素數，PR為平面干涉儀的每個像素代表的實際長度；
[0012]步驟六:調整平面反射鏡繞著X軸的傾斜或者角反射鏡在Y方向的平移，假設測的反射鏡的傾斜量為tyl或者角反射鏡的平移量為kyl，然后再次測量貓眼位置數據W2 ；ff2 =Wg-ff/ (0, dy)，而 dy ?tyl X F# X PD，或者 dy = 2 X tryl/PR ；
[0013]步驟七:利用m三個數據和dx，dy，通過旋轉平移剪切絕對檢測技術用計算機編制軟件計算出透射波前Wg。
[0014]本發明的有益效果是:本發明直接利用干涉儀本身的測量功能，利用一塊平面反射鏡或者角反射鏡就能完成干涉儀出射波前的測量，操作簡單。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1本發明一種基于旋轉平移絕對檢測的干涉儀出射波前檢測方法球面干涉儀貓眼位置測量示意圖。
[0016]圖2本發明一種基于旋轉平移絕對檢測的干涉儀出射波前檢測方法平面干涉儀類貓眼位置測量示意圖
[0017]圖3本發明平面干涉儀出射波前測量數據組成示意圖
[0018]圖中:1、球面干涉儀，2、平面反射鏡，3、計算機，4、平面干涉儀，5、角反射鏡。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細說明。
[0020]一種基于旋轉平移絕對檢測的干涉儀出射波前檢測方法，該方法所應用的裝置除了干涉儀本身只需要一小口徑反射鏡或者與測量波前同口徑的角反射鏡，該方法包括如下步驟:
[0021]步驟一:定義光軸方向為Z軸，垂直光軸方向為XY平面，如圖1所示，在球面干涉儀1波前焦點位置放置平面反射鏡2垂直于Z軸形成貓眼位置；其中所用球面干涉儀1參數為:球面標準具F數:1.6，干涉儀全口徑占探測器像素數:1000或者如圖2所示，在平面干涉儀4，被測面位置放置角反射鏡5垂直于Z軸形成貓眼位置測量；其中平面干涉儀參數為:口徑為100mm,每個像素代表實際長度0.102mm
[0022]步驟二:待干涉儀的各部分工作環境穩定之后，通過觀察干涉條紋調整平面反射鏡繞著X、Y的傾斜或者角反射鏡在X，Y方向的平移使得干涉圖盡量充滿整個CCD ;對于球面干涉儀1測量貓眼位置的Power項，調整平面反射鏡2的Z向位置使得Power項小于2個條紋；
[0023]步驟三:貓眼的測量值為干涉儀透射波前與之旋轉180度的差值，而旋轉中心記為貓眼數據的中心；通過尋找圓形干涉圖中心的方法來確定旋轉中心；或者通過尖狀物分別在X方向和Y方向遮擋干涉圖，然后通過尖狀物的成像位置來確定旋轉中心；上述兩種方法通過多次確定找平均值的方法來獲得更準確的中心；確定的中心記為(Cx，Cy)。
[0024]步驟四:利用干涉儀的面形測量軟件測量貓眼位置數據％ ;不考慮參考面面形誤差的前提下，W。為干涉儀透射波前^和^旋轉180度Wg’間的差值;= Wg-Wg’ =2X (ffg-ffs)，其中Ws為旋轉180度不變項，包括旋轉對稱項和角頻為2 Θ的項，旋轉中心為
(θ,,, Cy}；
[0025]步驟五:如圖3所示，調整平面反射鏡2繞著Y軸的傾斜或者角反射鏡5在X方向的平移，假設測得平面反射鏡2的傾斜量為txl或者角反射鏡5的平移量為tMl，然后再次測量貓眼位置數據Wi % = Wg-Wg’ (dx, 0)，其中(dx，0)表示數據在(XD上平移dx個像素，而dx?txlXF#XH)，單位為弧度，或者dx = 2Xtnl/PR，其中F#為球面標準鏡的F數，Η)為標準鏡全口徑占CCD的像素數，PR為平面干涉儀4的每個像素代表的實際長度；得到反射波前在探測器上移動的像素數dx ^ txl X1.6X1000或者dx = 2Xtrxl/0.102 ；
[0026]步驟六:調整平面反射鏡2繞著X軸的傾斜或者角反射鏡5在Y方向的平移，假設測的平面反射鏡2的傾斜量為tyl或者角反射鏡5的平移量為kyl，然后再次測量貓眼位置數據 W2 ；ff2 = Wg_Wg’ (0, dy)，而 dy。tylXF#XPD，或者 dy = 2Xtryl/PR ;得到反射波前在探測器上移動的像素數dy 一 tylX 1.6X1000或者dx = 2Xtryl/0.102 ；
[0027]步驟七:利用m三個數據和dx，dy，通過旋轉平移剪切絕對檢測技術用計算機3編制軟件計算出透射波前Wg。
[0028]GXX = W，其中，X為干涉儀出射波前Wg擬合成澤尼克多項式之后的澤尼克系數組成的長度為η的列向量。W為ff1； ff2中所有m個有效像素的結果值組成的長度為3m的列向量。
[0029]G = [Wz-Wzrotl80 ;
[0030]Wz_ffzrotl80_translateX ;
[0031]Wz-ffzrotl80_translateY],為 3mXn 大小的矩陣；其中，
[0032]ffz = [Z4 (x1； Z5 (x1；...Zn(x1； ；
[0033]Z4(x2, y2)Z5(x2, y2)…Zn(x2, y2)；
[0034]…
[0035]Z4 (xm, ym)Z5(xm, ym)ym)],為澤尼克多項式在像素點上的值，為mXn大小的矩陣；WZMtl8(l為Wz旋轉180度之后對應位置的澤尼克多項式的值;WZMtl8(LtMnslateX為Wz旋轉180度然后平移px之后對應位置的澤尼克多項式的值;W
zrotl80_translateY
為Wz旋轉180度然后平移Py之后對應位置的澤尼克多項式的值;m為有效像素的個數，η為所取澤尼克多項式的項數。
[0036]通過最小二乘解算得到X，即干涉儀出射波前的澤尼克系數。
【權利要求】
1.一種基于旋轉平移絕對檢測的干涉儀出射波前檢測方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: 步驟一:定義光軸方向為Z軸，垂直光軸方向為XY平面，在球面干涉儀的波前焦點位置放置平面反射鏡垂直于Z軸形成貓眼位置；或者在平面干涉儀，被測面位置放置角反射鏡垂直于Z軸形成貓眼位置測量； 步驟二:待干涉儀的各部分工作環境穩定之后，通過觀察干涉條紋調整平面反射鏡繞著X、Y的傾斜或者角反射鏡在X，Y方向的平移使得干涉圖盡量充滿整個CCD ;對于球面干涉儀測量貓眼位置的Power項，調整平面反射鏡的Z向位置使得Power項小于2個條紋；步驟三:貓眼的測量值為干涉儀透射波前與之旋轉180度的差值，而旋轉中心記為貓眼數據的中心；通過尋找圓形干涉圖中心的方法來確定旋轉中心；或者通過尖狀物分別在X方向和Y方向遮擋干涉圖，然后通過尖狀物的成像位置來確定旋轉中心； 步驟四:利用干涉儀的面形測量軟件測量貓眼位置數據Wtl ;不考慮參考面面形誤差的前提下，Wtl為干涉儀透射波前Wg和Wg旋轉180度Wg’間的差值.Χ = Wg-Wg’ = 2 X (Wg-Ws)，其中Ws為旋轉180度不變項，包括旋轉對稱項和角頻為2 Θ的項，旋轉中心為(cx，cy)；步驟五:調整平面反射鏡繞著Y軸的傾斜或者角反射鏡在X方向的平移，假設測得反射鏡的傾斜量為txl或者角反射鏡的平移量為tMl，然后再次測量貓眼位置數據W1 =Wg-Wg’(dx，0)，其中(dx, O)表示數據在CCD上平移dx個像素，而dx ^ txlXF#XH)，或者dx=2 X tMl/PR，其中F#為球面標準鏡的F數，H)為標準鏡全口徑占CXD的像素數，PR為平面干涉儀的每個像素代表的實際長度； 步驟六:調整平面反射鏡繞著X軸的傾斜或者角反射鏡在Y方向的平移，假設測的反射鏡的傾斜量為tyl或者角反射鏡的平移量為kyl，然后再次測量貓眼位置數據W2 ；ff2 =Wg-W/ (O, dy)，而 dy ?tyl X F# X PD，或者 dy = 2 X tryl/PR ； 步驟七:利用m三個數據和dx，dy，通過旋轉平移剪切絕對檢測技術用計算機編制軟件計算出透射波前Wg。
2.根據權利要求1所述的一種基于旋轉平移絕對檢測的干涉儀出射波前檢測方法，其特征在于，所述步驟三中，上述兩種方法通過多次確定找平均值的方法來獲得更準確的中心；確定的中心記為(cx, cy)。
【文檔編號】G01B9/02GK104315972SQ201410613488
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月31日 優先權日:2014年10月31日
【發明者】蘇東奇, 苗二龍, 曲藝, 隋永新, 楊懷江 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所