[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

本發明涉及一種基于小偏擺的三平面參考鏡平面度絕對測量方法。先將兩塊參考鏡分別固定在干涉儀和參考鏡支架上，調節多維調整機構以保證兩塊參考鏡每個點相互對應。通過分別置換三塊參考鏡的位置可以采集兩兩參考鏡之間的混合面型誤差，再利用簡單的幾何關系計算得到三塊參考鏡在y軸線上的相位誤差。事實上混合的面形誤差包含大量冗余的信息，為了得到這些信息，在一次的測量過程中對待測參考鏡分別順時針和逆時針繞垂直于光軸方向小幅度旋轉，得到帶有傾斜相差的條紋圖，并對其解析得到畸變相位。按照流程圖，最終得到兩塊參考鏡的高分辨率的完整面形信息。并可以簡單求解第三塊參考鏡的面形。

技術領域

本發明屬于光學檢測技術領域，具體涉及一種基于小偏擺的三平面參考鏡平面度絕對測量方法。

背景技術

大口徑的光學平面元件被廣泛應用于慣性約束核聚變、高精度光刻機、天文監測等各個國防和民用領域。單個平面元件的表面加工質量將直接影響到整個光學系統的工作性能，所以對光學平面的面型精度提出了更高的要求。這就導致對光學平面元件的檢測變得尤為重要。目前常用的光學元件面型檢測方法大多數是相對檢測法即干涉法，但是該方式是將參考平面假設為理想平面進行測量，這樣就相當于將參考平面的誤差疊加到測量結果當中，對最終的測量結果會造成一定的影響。而絕對測量是一種將參考平面誤差從測量結果中剝離出去從而得到被測表面絕對面型信息的方法。在一些對檢測精度要求較高的場合中，該方法能夠得到絕對的面型信息，提高測量的精度。

絕對測量中較為著名的一種方法是三平面互檢法。1967年前后由G.Schulz和J.Schwider等人提出傳統的三平面互檢法，是將三個光學平面兩兩組合檢測，但利用該方法只能獲得相互垂直的兩個方向上的界面信息，所以要對被測平面旋轉180°以得到該平面的完整信息。這種方法對檢測裝置的要求很高。在1976年，同樣是G.Schulz和J.Schwider提出了平移旋轉法，該方法是對參考鏡進行平移檢測和旋轉檢測，從兩次檢測的錯位誤差中分離出參考面和被測面的面型信息。1992年，Chiayu和J.C.Wyantyu提出“奇偶函數法”，原理是將三組面型函數分解成奇奇、奇偶、偶偶、偶奇的函數項，在平面進行翻轉的過程中，根據奇函數和偶函數的特性正負號會發生改變，導致一些組成的函數會被抵消，從而可以推導出整個面型信息。1996年，Evans等人提出旋轉對稱法，利用N次旋轉測量來消除系統非旋轉對稱誤差的方法。2001年，Freischlad提出一種旋轉剪切方法，在傳統三平面互檢的基礎上，選擇其中一個平面進行多次旋轉剪切，運用傅里葉變換處理波面，從而得到被測平面的絕對面型。2006年，Griesman提出的“鏡面對稱法”是對奇偶函數法的簡化，由原來的函數關于x,y軸對稱變為只關于y軸鏡面對稱，簡化了檢測過程。2008年Vannoni基于Zernike擬合的三平面互檢法提出了一種迭代算法，通過對三個假設的波面進行旋轉和翻轉進行實際測量。傳統的三平面互檢法評價平面度偏差，其結果只能評價參考鏡上兩條相互垂直的直徑直線上的測量數值，想要在此基礎上獲得參考鏡的全部面型數據往往需要將其中一個參考鏡繞光軸旋轉整周以獲取全部表面面型誤差，從而對其進行平面度偏差的標定。然而這種方法非常耗時，并且存在越靠近參考鏡邊界，面型數據的采樣率越低的問題。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術存在的缺陷，提供基于小偏擺的三平面參考鏡平面度絕對測量方法，只需要對待測平面參考鏡繞垂直于光軸的軸線順時針和逆時針旋轉微小角度各一次，就可通過重建算法獲得參考鏡的完整面型。

為達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種基于小偏擺的三平面參考鏡平面度絕對測量，采用的測量系統包括：