[發明專利]一種斜率拼接檢測平面元件面形的方法與裝置

有效

• 申請號: 201810200195.2
• 申請日: 2018-03-12
• 公開（公告）號: CN108613634B
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發明（設計）人: 李大海;陳鵬宇;王瑞陽;郭廣饒;鄂可偉;劉鑫
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G06T3/40
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出了一種斜率拼接檢測平面元件的方法。使用該方法檢測平面元件時，其基本器件包括針孔相機、顯示器和被測元件。在一個針孔相機的測量區域無法覆蓋整個被測元件的情況下。為避免測量過程中移動測量裝置或被測元件，節省測量時間，并實現高精度測量。可以使用多個針孔相機同時測量被測元件的不同區域，相鄰區域之間有一定的重疊面積，得到各針孔相機測量的斜率數據后，可使用本發明提出的斜率拼接方法，完全矯正各重疊區域內不同相機由于標定和調整不同而出現的斜率誤差，最終得到被測元件的完整斜率。本發明的優勢是：測量精度高，能夠一次完成測量，測量速度快且節省工作距離。

技術領域：

本發明涉及一種斜率拼接檢測平面元件面形的方法與裝置，特別是基于相位測量偏折術的多相機同時檢測大口徑平面光學元件的方案。

背景技術：

在光學檢測方面，對平面光學元件，特別是大口徑的平面光學元件進行高精度的檢測一直是一個難點。傳統的檢測手段是使用干涉儀檢測，但干涉儀檢測需要一個尺寸至少與被測元件大小相當的參考鏡作參考，且參考鏡的面形質量必須優于被測鏡，這樣的參考鏡制造困難。另一類檢測大口徑平面元件的思路是使用小口徑的干涉儀分幾次測量來實現對大口徑光學元件的檢測，因為小口徑干涉儀的制作和使用相對成熟。但子孔徑拼接檢測在檢測時需要移動測量裝置或被測元件，無法一次完成全場測量。除此以外，使用干涉儀時必須在專門的環境中進行，因為干涉儀在工作時易受氣流、溫度和振動的影響，不適于用于在線檢測。

除使用干涉儀，Hartmann Shack檢測也是一種常用的檢測平面元件方法，但該方法在檢測大口徑元件時也需要移動測量裝置或是被測元件才能完成對整個元件的檢測，檢測過程復雜且極限分辨率受限。

相位測量偏折術(PMD)，也可以稱作SCOTS，是一種利用光線偏折的非接觸高精度面形檢測技術。它的裝置簡單，價格便宜，測量速度快，并克服了Hartmann Shack檢測極限分辨率受限的問題，可具有高分辨率。但若用它檢測大口徑的平面元件，則需要很長的工作距離，且檢測精度也無法滿足要求。在拼接檢測方面，由于該方法的檢測原理與傳統的移動測量裝置的方法不同，所以傳統的拼接模型并不完全適合該方案。在傳統的拼接模型下，一般認為在移動測量裝置或被測元件時，可能會將平移、傾斜和離焦的面形誤差引入到測量結果中。但在基于相位測量偏折術的多相機斜率拼接模型下，斜率拼接時存在的誤差不僅僅是平移、傾斜和離焦。如果只將傳統的拼接模型應用到多相機的PMD系統中，則在拼接時并不能完全的矯正不同相機間由于標定和調整而出現的斜率誤差。

發明內容：

鑒于上述問題，本發明提出了一種斜率拼接檢測平面元件的方法與裝置，該方法尤其適用在多相機的相位測量偏折術上，在在線檢測、測量大口徑平面元件方面具有優勢。它的裝置簡單，主要由顯示器、針孔相機和被測元件組成。該方法不同于傳統的需要移動測量設備或被測元件的子孔徑拼接技術，而是采用多相機同時測量元件的不同區域，再將各個相機測量得到的斜率拼接在一起，以實現對元件的完整測量，測量速度快，分辨率高，工作距離短。且針對不同相機間斜率的拼接問題，該方法可以完全矯正不同相機間由于標定和調整等問題而出現的誤差，且當測量的平面元件越大時，效果越明顯。將不同相機間的斜率誤差扣除后，就可以拼接得到被測元件的完整斜率，進而可以恢復出該元件的面形，實現平面元件的檢測。具體的步驟如下：

第一步，檢測系統中的所有相機各自檢測元件上的部分區域，相鄰區域間有一定的重疊部分面積，所有相機的檢測區域能夠覆蓋整個被測元件。這樣可以得到每個相機各自測量部分的斜率，如S_1x、S_1y、S_2x、S_2yL S_nx、S_ny。其中S表示測量得到的斜率，下標1,2,3…n表示相機的編號，一共有n(n≥2)個相機，x和y表示x和y方向的斜率，如S_1x表示1號相機測量得到的x方向的斜率。

第二步，將相鄰相機重疊區域內的斜率數據關系表示出來。