[發明專利]基于兩步載波拼接法的數字莫爾移相干涉測量方法

有效

• 申請號: 201810067710.4
• 申請日: 2018-01-24
• 公開（公告）號: CN108562240B
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發明（設計）人: 胡搖;陶鑫;郝群;王劭溥
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 王民盛

本發明公開的基于兩步載波拼接法的數字莫爾移相干涉測量方法，屬于光電檢測領域。本發明實現方法如下：建立虛擬干涉儀，在虛擬干涉儀的像面上得到理想系統剩余波前；獲取被測面形在不同空間載波下的兩幅實際干涉圖；采用數字莫爾移相干涉方法分別對兩幅干涉圖進行求解，求解得兩個帶有錯誤區域且錯誤區域位置不同的面形誤差；提取兩個面形誤差的正確區域進行拼接；最終得到不含錯誤區域的面形誤差，解決采用數字莫爾移相干涉方法在大剩余波前時求解錯誤的問題，進而擴展傳統的數字莫爾移相方法的測量范圍，消除傳統的數字莫爾移相方法的剩余波前帶寬限制，實現對大剩余波前的被測面形的測量。本發明能夠保持原有數字莫爾移相干涉方法優點。

技術領域

本發明涉及一種用于激光干涉法測量光學元件面形的基于兩步載波拼接法的數字莫爾移相干涉測量方法，屬于光電檢測領域。

背景技術

與球面相比，非球面因為具有更多的面型自由度，一片非球面鏡便可達到多片球面鏡組成的透鏡組的效果，可以極大地減小光學系統的尺寸和質量，提高系統的成像質量，甚至可以達到衍射極限，在現代光學系統中應用的越來越廣泛。但是因為其高自由度的面型，高精度的非球面面形檢測一直是光學檢測領域的一大難題。

目前常用的非球面面形檢測方法主要分為兩種：接觸式和非接觸式測量方法。接觸式方法使用專用探頭對非球面進行接觸式點對點的測量，測量精度高，但不可避免會對表面造成劃傷，而且測量速度慢。光學測量方法是非接觸式測量的主要方法，主要優點是瞬時、非接觸。目前最常用的是補償法測量，即設計補償器補償非球面產生的像差，將非球面的檢測轉化為平面或者球面面形的檢測。補償法可以分為非零補償和零補償方法。零補償法測量精度高，但需要針對被測面設計專門的補償器，補償器結構復雜，設計與加工難度大、成本高，且通用性差。非零補償法使用的補償器部分補償非球面的像差，補償器結構比較簡單，但由于剩余像差的存在，檢測精度遠低于零補償法，目前只限于檢測低精度、低非球面度的非球面。

數字莫爾移相干涉測量方法(《一種用部分補償透鏡實現非球面面形的干涉測量方法》)屬于部分補償法，是一種瞬時抗振的干涉測量方法，無需移相機構便可實現高精度的測量。

采用數字莫爾移相干涉測量方法得到的虛擬干涉圖I_M(x,y)的直流項若通過希爾伯特變換(如文獻《基于希爾伯特變換的干涉條紋相位解調新算法》，P1-2，1.1節)或者其他方法去除，則莫爾干涉圖可以用過歐拉展開：

I_M(x,y)＝c·exp[2πj(f_R+f_V)x]+c^*·exp[-2πj(f_R+f_V)x]+

d·exp[2πj(f_R-f_V)x]+d^*·exp[-2πj(f_R-f_V)x], (1)

式中*表示復共軛，2b表示干涉圖的調制度，f表示加入平面載波的空間頻率，表示參考波前和實際波前的相位差。式中下標R表示實際干涉圖，下標V表示虛擬干涉圖。

公式(1)前兩項表示和頻項及其復共軛1，后兩項表示差頻項及其復共軛2。采用數字莫爾移相干涉測量方法對莫爾干涉圖進行低通濾波，如果頻域中的低通濾波器截止頻率為f₀，則和頻項混入低通濾波器的頻譜為：

式中為和頻項的頻移(如圖1所示)，其中f_x和f_y分別為x和y方向的空間載波，為部分補償法中的剩余波前。由公式(2)可知，空域求解時，產生的錯誤區域3為ω，

式中為差分算子。因此產生的錯誤區域3的位置與剩余波前以及加載的空間載波的大小有關。