[發明專利]一種基于稀疏孔徑拼接的平面光學元件檢測方法

無效

• 申請號: 201210362668.1
• 申請日: 2012-09-26
• 公開（公告）號: CN102901462A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 沈正祥;徐旭東;孫曉雁;王曉強;馬彬;程鑫彬;王占山
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

技術領域

本發明涉及大口徑平面光學元件面型干涉法測試領域，特別涉及一種基于稀疏孔徑拼接的平面光學元件檢測方法。

背景技術

現代光學元件的制造是一種動態的集成制造模式，面型測試作為一項重要的反饋和評估指標，對于確保光學元件的制造質量是必不可少的。隨著大型光學元件加工質量要求的不斷提升，其質量標準的內涵也不斷豐富，全口徑、全空間頻率的質量控制成為制造過程的新目標，而全口徑、全空間頻率的面型誤差的檢測也就成了大口徑光學元件的主要目標。

子孔徑拼接干涉測量是大口徑光學元件測量的重要技術手段之一，也是世界各國廣泛認同的技術方式。子孔徑拼接干涉測量的原理是，利用小口徑的干涉儀獲取大口徑光學元件的小部分面型，并通過多孔徑的拼接算法復原全口徑面型。這樣不但保證了干涉測量的高精度，而且免去了使用和全孔徑尺寸相同的標準面，從而大大降低了成本，并同時可以測得大口徑干涉儀所難以測得的中、高頻信息。

目前，采用全口徑覆蓋的方式測量大口徑平面，即子孔徑的覆蓋面積大于或等于待測平面。因此，在光學平面尺寸較大時，需要測量的子孔徑數量較多，測量需要較多的時間。這對于交替進行的加工和檢驗來說，在檢驗步驟上大大降低了效率。

大口徑高精度平面元件大多采用連續拋光工藝加工，通常會形成圓對稱的效果，且影響面型精度的所在方位集中在中間和邊緣，即中心突出（或中心凹陷）、邊緣塌邊或邊緣翹邊的面型特征，這兩部分對于由面型檢測所關注的PV值、RMS值起了決定性作用。因此，部分子孔徑的測試是非必要的。

因此，本發明提出一種減少子孔徑數量，拼接檢測大口徑平面光學元件的方法，以達到增加測試效率，并保證一定的測試精度的目的。

發明內容

本發明的目的在于克服平面子孔徑拼接干涉測量中，現有的全面覆蓋型子孔徑拼接技術檢測效率低的不足，提出一種基于稀疏孔徑拼接的平面光學元件檢測方法，在保證精度的前提下，減少子孔徑數量，從而實現子孔徑拼接干涉檢驗的快速測試。

本發明提出的一種基于稀疏孔徑拼接的平面光學元件檢測方法，該方法通過按照在最大徑向上測試子孔徑，有效減少了子孔徑測試數量，并利用最小二乘法、坐標變換等數學手段，修正子孔徑間相對傾斜、位移，以實現子孔徑間重疊區域相位精確擬合。其測量裝置包括被測平面、二維平移臺（XZ方向平移臺）、干涉儀（菲索型干涉儀）、作為干涉儀附件的標準平面透鏡。

標準平面透鏡放在干涉儀與被測平面之間，調節二維平移臺X與Z軸的平移，使干涉儀出瞳對準被測平面中心區域。再通過調節二維平移臺X與Z軸的轉動，目的讓干涉儀出射波面法線與被測區域法線近似重合，從而使干涉儀出射的參考平面波前與所測區域的平面波前近似重合，這樣入射到被測區域的光線就能夠近似的沿原路返回。干涉儀在此光學表面區域進行干涉測量，得到一個子孔徑。通過調節二維平移臺X與Z軸的平移，到達下一個指定待測區域，即第二個子孔徑，得到第二個子孔徑的測量值，兩子孔徑之間有重疊區，重疊區大小由被測樣品輪廓、尺寸與干涉儀出瞳尺寸決定，這樣就得到待拼接的兩子孔徑。理論上，在重疊區域內兩次檢測得到的波前相位值應該是一樣的，也即兩次檢測相位數據位于同一個面，而實際檢測過程中，因為移動和旋轉導致的傾斜、平移等誤差，重疊區域兩次測量得到的相位值不同，兩個面并不重合。應用坐標變換，使兩孔徑坐標統一起來，再通過最小二乘法擬合重疊區相位，計算兩子孔徑相對傾斜和位移，使兩孔徑重疊區相位精確擬合，從而完成兩子孔徑的拼接。

上述發明的目的通過以下的方法實現：

一種基于稀疏孔徑拼接的平面光學元件檢測方法，采用平面光學元件檢測裝置進行檢測，所述檢測裝置包括二維平移臺、干涉儀和標準平面透鏡，所述標準平面透鏡固定于干涉儀出瞳端，所述二維平移臺上放置有平面光學元件，所述干涉儀的出瞳正對平面光學元件，使平面光學元件平行于標準平面透鏡，以便測量干涉圖像，具體步驟如下：

(1)將所述平面光學元件固定在二維平移臺上，干涉儀對準所述平面光學元件的位置；

?(2)調節二維平移臺到達指定目標分布區域，使干涉儀出瞳對準平面光學元件的幾何中心部分，干涉儀對該幾何中心部分進行采集測量計算，得到該子孔徑面型信息；

(3)在平面光學元件邊緣找出距離幾何中心點最遠點，記該最遠點與幾何中心點的連接線段為L；

(4)移動二維平移臺至新位置，使干涉儀出瞳中心對準線段L，并使出瞳對準的區域與步驟(2)所述測量區域有部分重疊，對該部分進行采集計算，得到該子孔徑面型信息；