[發明專利]基于頻率盲估計的多表面面形測量方法

有效

• 申請號: 202010891522.0
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN112097678B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 常林;鄭維偉;于瀛潔;閆恪濤;徐瞿磊;孫濤;王陳
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

本發明公開了一種基于頻率盲估計的多表面面形測量方法，使用波長移相干涉儀對干涉圖進行采集，通過對多表面干涉圖中的各表面干涉頻率的盲估計，對所對應的信號頻率特性進行精確求解和匹配。將求解得到的各信號的干涉頻率帶入到所構建的新型最小二乘求解方程求取被測件各干涉信號的幅值和初始相位，完成透明平行平板的多表面干涉測量。所設計的測量方法成本較低，避免了被測件平均厚度的測量，并且能夠對被測件各表面的對比度進行精確求解。

技術領域

本發明涉及一種基于干涉頻率盲估計的多表面面形測量方法，尤其是通過盲分離方法求取各個信號的干涉頻率，進而通過新型最小二乘方法求取初始相位進行面形重建的多表面測量方法。本發明通過各表面信號頻率和相位的精確求解，從而實現干涉信號的盲分離和重建。

背景技術

高精度多表面平行平板在光學系統的構建過程中具有重要作用。其中多表面透鏡的精確表面測量和重建，對于光學系統成像和傳輸質量的提高和評估具有實用意義與研究價值，是領域內人員研究的熱點之一。

傳統的透鏡測量多是使用硬件干涉儀或者表面接觸的逐點掃描的方法進行測量。但是這些測量方法的局限性在于：對于硬件干涉儀，由于使用壓電陶瓷驅動改變局部的干涉腔長，從而進行移相操作，這種情況下各個信號的移相頻率是相同的，無法進行分離，因此在實際應用時多使用逐次測量和表面涂抹消光材料的方法進行測量。但是這種方法會對被測件的高精度表面造成損傷，以及在涂抹、清洗和被測件的旋轉過程中納入多種誤差和殘余干涉信號，無法實現被測件的一次性無損測量。對于逐點掃描的方法而言，測量成本較高，并且容易對高精度表面造成損傷，無法達到非接觸測量的目的。

近年來，使用波長移相干涉儀及其相關算法對多表面透鏡進行測量的方法得到了發展。但是現存的算法多是基于對干涉頻率的精確獲取的前提下進行測量，例如通過被測件的腔長值與被測件的光學厚度的比值的精確計算，去獲取各個信號的干涉相位。但是該種信號獲取的方法的局限性在于，被測件的腔長值難以被精確地測量，因為干涉儀的參考鏡被夾持在夾具上，精確的獲取腔長值，即參考鏡表面到達被測件前表面的距離值，這在實際測量中是不易實現的，甚至在獲取上述測量值的過程中容易對參考鏡以及被測件的表面造成劃傷，不能滿足高精度測量的要求。與此同時，傳統的干涉測量方法是對于干涉圖上的所有點全部納入計算，即：以單個點隨著時間或者干涉圖幀序數的變化的信號作為整張干涉圖的代表，進行對全部的移相后的一組干涉圖進行處理。這種方法的缺點在于：如果所選擇的點噪聲較大或者表面存在缺陷等信息，則會致使整組干涉圖均不會得到精確結果；反之亦然，若所選取的代表性的點不足以代表整個像素點分布的信息變化，仍然也不會取得精確計算結果。此外，多表面透鏡的測量難點在于：在對被測件進行干涉圖的采集過程中，由于各個平面距離參考鏡的距離是不同的，因此在使用波長移相干涉儀進行移相操作時，對各干涉信號的的相位改變量是不同的，即各干涉信號之間具有不同的移相頻率，這是進行信號分離的基礎之一。因此在干涉圖中，各個信號均會混疊在采集的數據中，使得信號混疊的干涉圖無法被直接地進行求解。

發明內容

為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種基于頻率盲估計的多表面面形測量方法，特別是通過被測件各表面的干涉頻率的盲估計和所構建的新型最小二乘方法求解初始相位分布的多表面透明透鏡的測量方法。本發明所針對的對象是高精度透明多表面平行平板，通過對移相后采集的到的混疊的干涉圖通過本發明所提出的測量方法進行處理，能一次性得到被測件前表面、后表面的面型和厚度變化。

為達到上述發明創造目的，本發明采用如下發明構思：

本發明的原理如下：