[發明專利]一種基于小偏擺的三平面參考鏡平面度絕對測量方法

有效

• 申請號: 202010177349.8
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN111238422B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 林星羽;陳鼎夫;于瀛潔
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01B11/30
• 分類號: G01B11/30
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

1.一種基于小偏擺的三平面參考鏡平面度絕對測量方法，其特征在于：采用的測量系統包括三塊半徑是40毫米的平面參考甲、乙、丙鏡(1、2、3)、激光干涉儀(4)、參考鏡固定架(5)、x方向和y方向移動平臺(6)、電控轉臺(7)、傾斜俯仰調整平臺(8)以及升降臺(9)，所述升降臺(9)在最下方，用于保證三個平面參考鏡甲、乙、丙(1、2、3)在測量時在同一高度；所述傾斜俯仰調整平臺(8)位于電控轉臺(7)的下方，用于調節電控轉臺(7)的軸線與激光的出射光波前法線相互垂直；所述x方向和y方向移動平臺(6)安裝在電控轉臺(7)的上方，保證在工作時，三個平面參考鏡甲、乙、丙(1、2、3)的y軸與電控轉臺(7)的轉軸始終重合；通過調節參考鏡固定架(5)上的旋鈕可保證平面參考鏡甲、乙、丙(1、2、3)在轉動過程中其y軸與電控轉臺(7)的轉軸無夾角；調整完之后，將水平移動平臺(6)和傾斜俯仰調整平臺(8)鎖緊，防止在測量過程中發生移動；設置所需的電控轉臺的定位精度為1'；具體測量步驟如下：

步驟1：在納米精度量級的激光干涉儀(4)上，采用水平放置方式，將平面參考鏡甲(1)元件固定在干涉儀(4)上，將參考鏡乙(2)固定在參考鏡固定架(5)上；調節干涉儀(4)上的旋鈕保證平面參考鏡甲(1)與干涉儀(4)的光路系統光軸垂直；

步驟2：調節升降臺(9)保證平面參考鏡甲(1)和平面參考鏡乙(2)在同一水平位置；

步驟3：調節傾斜俯仰調整平臺(8)，使得電控轉臺(7)軸線與干涉儀(4)發出的平面波前法線相互垂直；

步驟4：打開干涉儀(4)；將電控轉臺(7)歸至零位，調整傾斜俯仰調整臺(8)，保證平面參考鏡甲(1)和平面參考鏡乙(2)保證相互平行，調整x方向和y方向移動平臺(6)，保證平面參考鏡甲(1)y軸方向和電控轉臺(7)的軸線對齊，調節參考鏡固定架(5)上的旋鈕，直到觀察到從干涉儀(4)采集到的干涉條紋足夠的少，以此來確保平面參考鏡乙(2)與參考鏡甲(1)的鏡像在干涉圖各個像素點上對應；同時記錄平面參考鏡甲(1)和平面參考鏡乙(2)之間相對的距離；

步驟5：通過干涉儀(4)采集得到平面參考鏡甲(1)的鏡像和平面參考鏡乙(2)混合誤差的相位誤差Θ_-12；

步驟6：順時針轉動轉臺(7)微小角度θ，使得平面參考鏡乙(2)相對于平面參考鏡甲(1)略微傾斜，然后通過干涉儀(4)采集平面參考鏡甲(1)和帶有畸變的平面參考鏡乙(2)的混合相位誤差Θ_s；

步驟7：將電控轉臺(7)歸至零位，再逆時針轉動轉臺(7)同樣一個微小角度θ，使得平面參考鏡乙(2)相對于平面參考鏡甲(1)略微傾斜，然后通過干涉儀(4)采集平面參考鏡甲(1)和帶有畸變的平面參考鏡乙(2)的混合相位誤差Θ_-s；

步驟8：將電控轉臺(7)歸至零位，從參考鏡固定架(5)上取下平面參考鏡乙(2)，將平面參考鏡丙(3)安裝在參考鏡固定架(5)上；通過干涉儀(4)采集得到平面參考鏡甲(1)鏡像和平面參考鏡丙(3)混合誤差的相位誤差Θ_-13；

步驟9：從干涉儀(4)上取下平面參考鏡甲(1)，將平面參考鏡乙(2)安裝在干涉儀(4)上；通過干涉儀(4)采集得到平面參考鏡乙(2)鏡像和平面參考鏡丙(3)混合誤差的相位誤差Θ_-23；

步驟10：建立方程組求得平面參考鏡甲、乙、丙(1、2、3)在y軸上的數值；

其中Θ₁(0,y)，Θ₂(0,y)和Θ₃(0,y)分別表示平面參考鏡甲、乙、丙(1、2、3)在y軸上的相位；

步驟11：根據步驟10計算得到了平面參考鏡甲(1)和平面參考鏡乙(2)在x＝0時候的相位Θ₁(0,y)和Θ₂(0,y)，根據幾何關系推出公式：

Θ_-1(-a₁,y)＝Θ_-s(-a₁,y)-Θ_-1(0,y)-Θ₂(0,y)；

其中-a₁＝-dis*tan(θ)；dis是兩個參考鏡之間的相對距離，θ是偏轉角度；Θ_-1(0,y)是對于關于參考鏡甲(1)的面形Θ₁(0,y)的鏡像對稱的面形，其關系為Θ₁(x,y)＝Θ_-1(-x,y)；

步驟12：根據步驟11計算得到了平面參考鏡甲(1)在x＝-a₁處的相位Θ_-1(-a₁,y)；根據幾何關系可推導出公式：

Θ_-1(a₁,y)＝Θ_s(a₁,y)-Θ_-1(0,y)-Θ₂(0,y)；

Θ₂(-b₁,y)＝Θ_s(0,y)-Θ_-1(0,y)-Θ_-1(-a₁,y)；

其中-b₁＝-a₁/cos(θ)；

步驟13：根據步驟12計算得到了平面參考鏡甲(1)在x＝a₁處的相位Θ_-1(a₁,y)和平面參考鏡乙(2)在x＝-b₁處的相位Θ₂(-b₁,y)；根據幾何關系可推導出公式：

Θ_-1(-a₂,y)＝Θ_-s(-a₂,y)-Θ_-1(-a₁,y)-Θ₂(-b₁,y)；

Θ₂(b₁,y)＝Θ_-s(0,y)-Θ_-1(0,y)-Θ_-1(a₁,y)；

其中-a₂＝-a₁-(dis+a₁tan(θ))tan(θ)；

步驟14：根據步驟13計算得到了平面參考鏡甲(1)在x＝-a₂處的相位Θ_-1(-a₂,y)和平面參考鏡乙(2)在x＝b₂處的相位Θ₂(b₁,y)；根據幾何關系可推導出公式：

Θ_-1(a₂,y)＝Θ_s(a₂,y)-Θ_-1(a₁,y)-Θ₂(b₁,y)；

Θ₂(-b₂,y)＝Θ_s(-a₁,y)-Θ_-1(-a₁,y)-Θ_-1(-a₂,y)；

步驟15：繼續執行步驟13和步驟14的操作，直到最終得到平面參考鏡甲(1)的完整面形Θ_-1(x,y)和平面參考鏡乙(2)的完整面形Θ₂(x,y)；其中：Θ₁(x,y)＝Θ_-1(-x,y)；

步驟16：根據已知的方程Θ₃(x,y)＝Θ_-13(x,y)-Θ_-1(x,y)即可求解平面參考鏡丙(3)的面形Θ₃(x,y)。