[發(fā)明專利]基于虛擬牛頓環(huán)的大曲率半徑非零位干涉測量方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610147404.2
• 申請日: 2016-03-15
• 公開（公告）號: CN106595529B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發(fā)明（設計）人: 高志山;黃磊;楊忠明;王凱亮;趙彥;陳玥洋
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01B11/255
• 分類號: G01B11/255
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱沉雁

1.一種基于虛擬牛頓環(huán)的球面大曲率半徑非零位測量方法，其特征在于，球面鏡曲率半徑測量檢測步驟為：

步驟1、采集待測球面(7)的牛頓環(huán)干涉圖T(x,y)；

步驟2、通過球面曲率半徑非零位檢測ZEMAX模型仿真標準球面曲率半徑為R₀的回程誤差W_retrace并代入標準牛頓環(huán)干涉圖的仿真波面數(shù)據(jù)中，仿真得到標準牛頓環(huán)干涉圖T₀(x,y)：

T₀(x,y)＝A₀(x,y)+B₀(x,y)cos[2πf₀(x²+y²)]

A₀(x,y)為笛卡爾坐標下標準牛頓環(huán)干涉圖的背景光強，B₀(x,y)為笛卡爾坐標下標準牛頓環(huán)干涉圖的干涉條紋對比度，f₀為笛卡爾坐標下標準牛頓環(huán)干涉圖的線載頻系數(shù)，(x,y)為笛卡爾坐標下待測球面(7)的牛頓環(huán)干涉圖上任意一點的坐標；

步驟3、將笛卡爾坐標系下的待測球面(7)的牛頓環(huán)干涉圖T(x,y)和標準牛頓環(huán)干涉圖T₀(x,y)轉換為二階極坐標系下的干涉圖：

待測牛頓環(huán)干涉圖：T(ρ,θ)＝A(ρ,θ)+B(ρ,θ)cos(2πf_cρ)

標準牛頓環(huán)干涉圖：T₀(ρ,θ)＝A₀(ρ,θ)+B₀(ρ,θ)cos(2πf₀ρ)

A(ρ,θ)為二階極坐標下待測牛頓環(huán)干涉圖的背景光強，B(ρ,θ)為二階極坐標下待測牛頓環(huán)干涉圖的干涉條紋對比度，f_c為二階極坐標下待測牛頓環(huán)干涉圖的線載頻系數(shù)；(ρ,θ)為二階極坐標系下待測球面(7)的牛頓環(huán)干涉圖上任意一點的極坐標；

A₀(ρ,θ)為二階極坐標下標準牛頓環(huán)干涉圖的背景光強，B₀(ρ,θ)為二階極坐標下標準牛頓環(huán)干涉圖的干涉條紋對比度，f₀為二階極坐標下標準牛頓環(huán)干涉圖的線載頻系數(shù)；

步驟4、疊加莫爾條紋后通過低通濾波得到低頻莫爾條紋圖，光強S(ρ,θ)表達式如下：

S(ρ,θ)＝A'(ρ,θ)+B'(ρ,θ)·cos[2πρ(f_c-f₀)]

其中，A'(ρ,θ)為二階極坐標下的背景光強，B'(ρ,θ)為二階極坐標下的對比度，f_c-f₀為二階極坐標下低頻莫爾條紋圖的線載頻系數(shù)；

步驟5、將二階極坐標下的低頻莫爾條紋圖通過傅里葉變換相位解調法恢復出波面數(shù)據(jù)，并將其轉換為笛卡爾坐標系下的波前差分數(shù)據(jù)，求取待測球面(7)的曲率半徑R_i：

w₀(x,y)為笛卡爾坐標系下標準球面與參考平面之間的空氣間隔的厚度，w(x,y)為笛卡爾坐標系下待測球面與參考平面之間的空氣間隔的厚度；R₀為標準球面的曲率半徑，(x,y)為笛卡爾坐標系下待測球面(7)的牛頓環(huán)干涉圖上任意一點的坐標；

步驟6、將待測球面(7)的曲率半徑R_i代入球面曲率半徑非零位檢測ZEMAX模型中，求取回程誤差W_retrace_i，當本次循環(huán)得到的待測球面(7)曲率半徑與上次循環(huán)得到的待測球面(7)曲率半徑之大于等于50mm時，返回步驟2；否則終止循環(huán)，得到待測球面(7)的曲率半徑R_out。

2.基于權利要求1所述的基于虛擬牛頓環(huán)的球面大曲率半徑非零位測量方法的裝置，其特征在于，步驟1中，采集待測球面(7)的牛頓環(huán)干涉圖T(x,y)的裝置如下：

包括偏振穩(wěn)頻氦氖激光器(1)、凸透鏡(2)、空間濾波器(3)、分光鏡(4)、準直系統(tǒng)(5)、標準鏡(6)、成像系統(tǒng)(8)和CCD探測器(9)，其中，共光軸依次設置偏振穩(wěn)頻氦氖激光器(1)、凸透鏡(2)、空間濾波器(3)、分光鏡(4)、準直系統(tǒng)(5)、標準鏡(6)和待測球面(7)，成像系統(tǒng)(8)和CCD探測器(9)共光軸設置在分光鏡(4)的反射光路上；所有光學元件相對于基底同軸等高；由偏振穩(wěn)頻氦氖激光器(1)發(fā)出一束單色光，經(jīng)凸透鏡(2)會聚，通過空間濾波器(3)濾波，入射至分光鏡(4)，經(jīng)分光鏡(4)分為透射光和反射光，透射光入射至準直系統(tǒng)(5)，形成準直光束，準直光束進入標準鏡(6)后，部分準直光束經(jīng)過標準鏡(6)的后表面反射，形成標準光，另一部分準直光束通過標準鏡(6)入射至待測球面(7)，經(jīng)待測球面(7)的前表面反射，形成測試光，標準光與測試光均沿入射光路返回，經(jīng)過分光鏡(4)反射進入成像系統(tǒng)(8)，在CCD探測器(9)靶面上成像，CCD探測器(9)靶面上記錄的圖像灰度信息，即為待測球面(7)的牛頓環(huán)干涉圖T(x,y)。