[發明專利]基于橫向剪切干涉結構的光學元件面形的測量方法

有效

• 申請號: 201210356681.6
• 申請日: 2012-09-21
• 公開（公告）號: CN102878947A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 戴鳳釗;唐鋒;王向朝;張敏
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

1.一種基于橫向剪切干涉結構的光學元件面形的測量方法，本方法采用的測量系統包括光源(1)，沿該光源輸出的光束方向依次為顯微物鏡(2)、小孔光闌(3)、準直物鏡(4)、剪切平板(5)和準直物鏡(6)，光電探測器(8)置于剪切平板(5)下方，該光電探測器(8)的輸出端與計算機(9)的輸入端相連，測量時使剪切平板與光軸成45°角，將待測光學元件置于所述的準直物鏡(6)之后，使光軸穿過待測面的中心，其特征在于該方法測量步驟如下：

①獲取x方向和y方向的橫向剪切干涉圖：

將待測光學元件置于所述的準直物鏡(6)之后，使光軸穿過待測面的中心，啟動測量系統，在光軸方向上移動待測光學元件，使光束充滿整個待測面，通過所述的光電探測器(8)采集x方向剪切干涉圖，并輸入至計算機(9)保存，然后將待測光學元件(7)繞光軸順時針旋轉90°，通過光電探測器采集y方向的剪切干涉圖，并輸入至計算機(9)保存；

②在計算機中獲取x方向和y方向的差分波前：

在計算機中將所述的x方向的剪切干涉圖通過傅里葉變換相位提取方法獲取x方向的差分波前(11)，設置一個N×(N-S_x)的全零矩陣，用x方向的差分波前的值替代該全零矩陣相應位置處的零值，獲得x方向差分波前矩陣ΔW_x(13)，將該x方向的差分波前矩陣(13)的矩陣元逐行從左至右依次順序編碼，得到由N(N-S_x)個差分波前值構成的一維差分波前列向量ΔW_x；

在計算機中將所述的y方向的剪切干涉圖通過傅里葉變換相位提取技術獲取y方向的差分波前(12)，設置一個(N-S_y)×N的全零矩陣，用y方向的差分波前的值替代該全零矩陣相應位置處的零值，獲得y方向差分波前矩陣ΔW_y(14)，將所述的區域法y方向的差分波前矩陣(14)的矩陣元逐行從左至右依次順序編碼，得到由N×(N-S_y)個差分波前值構成的一維差分波前列向量ΔW_y；

③評價待測波前線性度，確定線性度最高的子矩形區域的初始點：

取x方向差分波前矩陣ΔW_x的1到N-S_y行，1到N-S_x列的所有元素構成一個維度為(N-S_y)×(N-S_x)的差分波前子矩陣即：

ΔWxs[m,n]=ΔWx[m,n]]]>

其中：1≤m≤N-S_y，1≤n≤N-S_x，取y方向差分波前矩陣ΔW_y的1到N-S_y行，1到N-S_x列的所有元素構成一個維度為(N-S_y)×(N-S_x)差分波前子矩陣即：

ΔWys[m,n]=ΔWy[m,n]]]>

其中：1≤m≤N-S_y，1≤n≤N-S_x，由所述的差分波前子矩陣和計算平方和差

分波前矩陣ΔW_xy，ΔW_xy的值由下式計算：

ΔW_xy[m,n]＝(ΔW_x[m,n])²+(ΔW_y[m,n])²

式中：1≤m≤N-S_y，1≤n≤N-S_x。搜索所述的平方和差分波前ΔW_xy，找出除零值外最小值所在位置的坐標，標記該坐標為(r,c)。該坐標表示的點即為本發明所確定的待測波前線性度最高的子矩形區域的初始點；

④通過線性插值法計算重建的初始值：

在計算機中設置一個S_y×S_x的初始值矩陣該矩陣的矩陣元的值由差分波前矩陣ΔW_x和ΔW_y通過線性插值法計算，即：

W~s[i,j]=ΔWy[r,c]Sy×(i-1)+ΔWx[r,c]Sx×(j-1)]]>

式中：i＝1,2,...,S_y，j＝1,2，...，S_x-1，將所述的初始值矩陣的矩陣元逐行從左至右依次編碼，將初始值矩陣表示為初始值列向量

⑤通過區域法重建待測波前：

由正交方向上的兩個差分波前列向量ΔW_x和ΔW_y與初始值列向量計算待測波前在所有N²點上的值計算方法如下：

式中：M^x為N(N-S_x)×N²矩陣，其由下式給出：

M^y為N(N-S_y)×N²矩陣，其由下式給出：

H為S_xS_y×N²矩陣，由下式給出：

式中：i＝1,2,...,S_xS_y,k＝1,2,...,S_y,l＝1,2,...,S_x，將所述的N²×1的待測波前列向量從第一個值按順序分為N組，每組N個值表示為一個行向量，將所有N個行向量按順序組成N×N待測波前即表示待測光學元件的面形。