[發明專利]一種確定干涉儀在球面離焦檢測時動態范圍的方法

有效

• 申請號: 202010161017.0
• 申請日: 2020-03-10
• 公開（公告）號: CN111351425B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 潘寶珠;湯靖;王雪瑩;方靖淮;姜舒昊;仲崇貴;紀憲明
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: G01B9/02055
• 分類號: G01B9/02055;G01B11/24
• 代理公司: 北京科家知識產權代理事務所(普通合伙) 11427
• 代理人: 徐思波

本發明提供一種確定干涉儀在球面離焦檢測時動態范圍的方法，干涉儀在球面離焦檢測時動態范圍指：探測器完整采樣時的最大波像差值或最多圓環數，確定干涉儀在球面離焦檢測時動態范圍即為確定探測器完整采樣；探測器完整采樣的要求是：干涉圖可以被探測器完全分辨，且干涉圖樣上干涉條紋最密處的一個干涉條紋對應的波像差等于探測器的Nyquist頻率對應的波像差。本發明彌補了干涉儀在球面離焦測量時缺少確定動態范圍的方法，完善了干涉儀的性能指標。理論可靠，方法簡單，判斷準確，適用范圍廣。

技術領域

本發明屬于光學儀器以及光學檢測技術領域，具體涉及一種確定干涉儀在球面離焦檢測時動態范圍的方法。

背景技術

依據疊加原理，波匯合的結果具有能夠反映波原始狀態的性質。當兩束頻率相同的光疊加時，它們產生的條紋取決于它們的相位差：相位相同時會產生增強條紋(或圓環)，相反則會產生減弱條紋，兩種情況之間則會產生中間強度的條紋，所產生的干涉條紋能夠反映兩束光的光程差。干涉儀正是基于波的疊加引起干涉現象來獲取測量信息的儀器，廣泛應用于科學研究和工業生產中對微小位移、折射率以及光學元件表面面形的測量。在科學分析中，干涉儀用于測量長度以及光學元件的面形，精度能到納米級。它是現有精度最高的長度測量儀器。

在光學元件面形干涉測量時，傳統上采用零位檢測，一般用于球面和平面的檢測。對于理想的平面，檢測系統僅存在傾斜，干涉圖為一組等間隔的平行直條紋；對于理想的球面，檢測系統僅存在離焦時，干涉圖為一組不等間隔同心圓環。因此，平面和球面干涉檢測時干涉條紋是不一樣的，這就決定了即使同一干涉儀在測量不同類型的光學元件時動態范圍是不一樣的。

動態范圍是干涉測量在完整采樣時的最大波像差值，由干涉儀內采樣探測器可分辨的干涉條紋數決定。動態范圍是衡量干涉儀性能的一個重要指標。在一些干涉儀的說明書上提到的能夠分辨的條紋數，僅僅是等間隔的直條紋，對于干涉圓環的情況沒有提及過。而干涉圓環在光學檢測中是經常出現的干涉現象，尤其是在非球面的非零位檢測中，如非球面直接干涉檢測，子孔徑拼接，部分補償檢測等等。明確干涉檢測在球面離焦時的動態范圍，不僅可以完善干涉儀的性能指標，也可以為非球面檢測方案的制定提供指導。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種確定干涉儀在球面離焦檢測時動態范圍的方法，用于完善干涉儀的性能指標。

為解決上述技術問題，本發明的實施例提供一種確定干涉儀在球面離焦檢測時動態范圍的方法，干涉儀在球面離焦檢測時動態范圍指：探測器完整采樣時的最大波像差值或最多圓環數，確定干涉儀在球面離焦檢測時動態范圍即為確定探測器完整采樣；

探測器完整采樣的要求是：干涉圖可以被探測器完全分辨，且干涉圖樣上干涉條紋最密處的一個干涉條紋對應的波像差等于探測器的Nyquist頻率對應的波像差。

其中，球面在離焦干涉檢測時的波像差方程為：

其中，f’為待測球面鏡的焦距；y為待測球面的孔徑高度；Δ為離焦量，即干涉儀球面鏡頭出射光線的焦點到待測球面球心的距離；

干涉條紋最密處在干涉圖的邊緣。

其中，與探測器的Nyquist頻率相對應的波像差對干涉條紋的要求是：干涉圖邊緣一個干涉圓環占用探測器的4個像元，對應的波像差為半個波長，此時的離焦量為：

其中，λ為數字波面干涉儀內光源波長；f’為待測球面鏡的焦距；M*N為探測器的像元陣列；D為待測球面的口徑。

其中，球面在離焦測量時的動態范圍為：

最大波像差

最多圓環數

其中，λ為數字波面干涉儀內光源波長；M*N為探測器的像元陣列。