基于共轭差分法测量平面镜绝对面形的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于共轭差分法测量平面镜绝对面形的方法，包括以下步骤：待测平面镜与标准平面镜在干涉仪的CCD上形成干涉图像，判断标准平面镜与待测平面镜在干涉仪的CCD上所成光斑的大小，使标准平面镜的光斑大于待测平面镜的光斑；确定干涉仪的CCD中1个像素所对应的待测平面镜平移量δ，δ>0；令干涉仪的光轴方向为z轴，在x轴、y轴的正负方向进行四步测试，分别记下波前数据Φ(x+δ,y)、Φ(x-δ,y)、Φ(x,y+δ)、Φ(x,y-δ)；根据测得的波前数据，求得待测平面镜的面形梯度；利用波面复原法，根据待测平面镜的面形梯度复原出待测平面镜的面形w。本发明专利技术提高了微分逼近的精度，避免了分步测试之间的耦合，从而提高了测试的稳定性，且本发明专利技术还可用来测量柱面镜、锥面镜、球面镜的绝对面形。

【技术实现步骤摘要】
基于共轭差分法测量平面镜绝对面形的方法
本专利技术属于平面镜绝对检测
，特别是一种基于共轭差分法测量平面镜绝对面形的方法。
技术介绍
目前对平面镜绝对检测的研究主要有三平面互检法、液面基准法和差分法即伪剪切法。传统的三平面互检法不能得到待测面整个平面的二维面形，只能得到一条线的情况，经过改进后的方法可以得到整个面的面形情况，但测试过程都很复杂；液面基准法采用液体平晶作为标准面，但液面基准制作困难，对环境条件要求很高且不易移动，测试结果中的系统误差也没法消除；差分法由于初始位置与正交两方向平移位置这三个位置彼此存在耦合关系，需要在三次测试中维持环境等因素稳定以确保静态误差恒定，但是外界环境等因素难以控制，不易维持其稳定度从而难以保证静态误差恒定，影响了差分法的检测精度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种测量精度高、操作方便的基于共轭差分法测量平面镜绝对面形的方法。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于共轭差分法测量平面镜绝对面形的方法，包括以下步骤：第1步，待测平面镜与标准平面镜在干涉仪的CCD上形成干涉图像，判断标准平面镜与待测平面镜在干涉仪的CCD上所成光斑的大小，使标准平面镜的光斑大于待测平面镜的光斑；第2步，确定干涉仪的CCD中1个像素所对应的待测平面镜平移量δ，δ>0；第3步，令干涉仪的光轴方向为z轴，在x轴、y轴的正负方向进行四步测试，分别记下波前数据Φ(x+δ,y)、Φ(x-δ,y)、Φ(x,y+δ)、Φ(x,y-δ)，数据大小都为N×N，N是正整数；第4步，根据测得的波前数据Φ(x+δ,y)、Φ(x-δ,y)、Φ(x,y+δ)、Φ(x,y-δ)，求得待测平面镜的面形梯度dx(x,y)、dy(x,y)；第5步，利用波面复原法，根据待测平面镜的面形梯度dx(x,y)、dy(x,y)复原出待测平面镜的面形w。本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：（1）由干涉仪、标准镜、待测镜即可实现对待测平面镜面形的绝对检测，结构简单、操作方便；（2）利用共轭差分可省略初始位置的测试过程，提高了微分逼近的精度；（3）四步测试过程两两独立，即两正交方向测试过程相互独立、互不影响，进一步简化了实验操作，提高了检验精度；（4）该方法还可以测量柱面镜、锥面镜、球面镜的绝对面形。附图说明图1是本专利技术基于共轭差分法测量平面镜绝对面形的方法硬件结构示意图。图2是本专利技术基于共轭差分法测量平面镜绝对面形的四步测试过程示意图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。结合图1～2，本专利技术基于共轭差分法测量平面镜绝对面形的方法，包括以下步骤：第1步，待测平面镜与标准平面镜在干涉仪的CCD上形成干涉图像，判断标准平面镜与待测平面镜在干涉仪的CCD上所成光斑的大小，使标准平面镜的光斑大于待测平面镜的光斑；如图1所示，所述干涉仪为Fizeau干涉仪，标准平面镜与待测平面镜间的倾斜小于干涉仪激光波长的0.02倍，因为倾斜项在波像差中是一次项，求完梯度后就为常数项，运用波面复原方法无法复原出该项，所以要尽可能让该项很小。若待测平面镜的光斑大于标准平面镜的光斑，则制作一个正方形光阑放在待测平面镜上使待测平面镜中心与正方形光阑中心重合，使标准平面镜的光斑大小大于待测平面镜的光斑大小。第2步，确定干涉仪的CCD中1个像素所对应的待测平面镜平移量δ，δ>0；采用比例法，将待测平面镜平移的距离长度与对应干涉仪的CCD中像素的移动个数作比值，通过多次测量求平均值得到1个像素所对应的待测平面镜的平移量δ。第3步，令干涉仪的光轴方向为z轴，在x轴、y轴的正负方向进行四步测试，分别记下波前数据Φ(x+δ,y)、Φ(x-δ,y)、Φ(x,y+δ)、Φ(x,y-δ)，数据大小都为N×N，N是正整数；结合图2，四步测试具体过程如下：待测平面镜向x轴负方向移动1个像素，记下波前数据Φ(x-δ,y)；待测平面镜向x轴正方向移动2个像素，记下波前数据Φ(x+δ,y)；待测平面镜向x轴负方向移动1个像素，回到初始位置；待测平面镜再向y轴正方向移动1个像素，记下波前数据Φ(x,y+δ)；最后待测平面镜向y轴负方向移动2个像素，记下波前数据Φ(x,y-δ)。第4步，根据测得的波前数据Φ(x+δ,y)、Φ(x-δ,y)、Φ(x,y+δ)、Φ(x,y-δ)，求得待测平面镜的面形梯度dx(x,y)、dy(x,y)，公式如下：第5步，利用波面复原法，根据待测平面镜的面形梯度dx(x,y)、dy(x,y)复原出待测平面镜的面形w。所述的波面复原法为傅里叶变换法、路径积分法或最小二乘法，各方法具体如下：（1）傅里叶变换法由dx(x,y)、dy(x,y)作傅里叶变换分别得到频谱Dx(u,v)、Dy(u,v)，由此求面形频谱或对W作傅里叶逆变换得到面形w；（2）路径积分法取复原面上任一点作为起点P0(x0,y0)，令该点面形值为w(x0,y0)=0，则点P1(x0+△x,y0)的面形值为点P2(x0,y0+△y)的面形值为以此类推，求出整个面形w，其中△x=n1δ，△y=n2δ，n1、n2为整数；（3）最小二乘法最小二乘法分为Zernike多项式拟合和Hudgin波前传感两种：a、Zernike多项式拟合由求出Zernike系数Ck，其中n为所使用的Zernike多项式项数，Zkx(x,y)、Zky(x,y)分别为Zernike多项式Zk(x,y)对自变量x、y的导数，则待测平面镜的面形为b、Hudgin波前传感A[q+(p-1)(N-1),q+(p-1)N]=-1A[q+(p-1)(N-1),1+q+(p-1)N]=1(p=1，…，Nq=1，…，N-1）A[r+N(N-1),r]=-1A[r+N(N-1),r+N]=-1(r=1，…，N(N-1）)则w=(ATA)-1ATS，其中S是包含x轴和y轴方向面形梯度的2N×(N-1)个数据的向量，A是Hudgin波前传感的2N×(N-1)行N2列的矩阵。实施例1下面以Fizeau干涉仪为例，按照本专利技术方法测量待测平面镜的绝对面形。一、测量装置如图1所示，调准标准镜头和架旋钮：（1）打开Fizeau干涉仪的应用程序；（2）安装标准平面镜：将镜头框上2个探角放到干涉仪卡口支架的槽中，顺时针旋转镜头，然后拧紧固定；（3）调准标准平面镜：按下遥控器的“调整/测试”按钮，将显示屏幕切换到“调整”状态，平面中出现十字叉丝图像。调节干涉仪卡口支架旋钮，直至屏幕上的亮点在十字叉丝中间；（4）将被测平面镜置于五维调整架上，调节调整架旋钮，直至屏幕上的被测平面镜的亮点也在十字叉丝中间。二、判断标准平面镜和待测平面镜所成光斑的大小，若待测平面镜的光斑大于标准平面镜的光斑，则制作一个正方形光阑放在待测平面镜上使待测平面镜中心与正方形光阑中心重合，从而达到标准镜的光斑大小大于待测平面镜的光斑大小的要求。三、取光轴方向为z轴方向，则x轴和y轴方向也确定了下来。同时我们要确定实验中使用的干涉仪的1个像素所对应的待测件的平移量，用比例法将实验中一段距离的长度与其像素大小作比值，通过多次测量求平均值得到1个像素对应的待测件的平移量δ。四、先调好标准镜与待测镜的位置以达到倾斜项足够小，小于0.02波长，实验用的Fizeau干涉仪的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于共轭差分法测量平面镜绝对面形的方法，其特征在于，包括以下步骤：第1步，待测平面镜与标准平面镜在干涉仪的CCD上形成干涉图像，判断标准平面镜与待测平面镜在干涉仪的CCD上所成光斑的大小，使标准平面镜的光斑大于待测平面镜的光斑；第2步，确定干涉仪的CCD中1个像素所对应的待测平面镜平移量δ，δ>0；第3步，令干涉仪的光轴方向为z轴，在x轴、y轴的正负方向进行四步测试，分别记下波前数据Φ(x+δ,y)、Φ(x‑δ,y)、Φ(x,y+δ)、Φ(x,y‑δ)，数据大小都为N×N，N是正整数；第4步，根据测得的波前数据Φ(x+δ,y)、Φ(x‑δ,y)、Φ(x,y+δ)、Φ(x,y‑δ)，求得待测平面镜的面形梯度dx(x,y)、dy(x,y)；第5步，利用波面复原法，根据待测平面镜的面形梯度dx(x,y)、dy(x,y)复原出待测平面镜的面形w。

【技术特征摘要】
1.一种基于共轭差分法测量平面镜绝对面形的方法，其特征在于，包括以下步骤：第1步，待测平面镜与标准平面镜在干涉仪的CCD上形成干涉图像，判断标准平面镜与待测平面镜在干涉仪的CCD上所成光斑的大小，使标准平面镜的光斑大于待测平面镜的光斑；第2步，确定干涉仪的CCD中1个像素所对应的待测平面镜平移量δ，δ＞0；第3步，令干涉仪的光轴方向为z轴，在x轴、y轴的正负方向进行四步测试，分别记下波前数据Φ(x+δ,y)、Φ(x-δ,y)、Φ(x,y+δ)、Φ(x,y-δ)，数据大小都为N×N，N是正整数；第4步，根据测得的波前数据Φ(x+δ,y)、Φ(x-δ,y)、Φ(x,y+δ)、Φ(x,y-δ)，求得待测平面镜的面形梯度dx(x,y)、dy(x,y)；第5步，利用波面复原法，根据待测平面镜的面形梯度dx(x,y)、dy(x,y)复原出待测平面镜的面形w；上述第1步所述干涉仪为Fizeau干涉仪，标准平面镜与待测平面镜间的倾斜小于干涉仪激光波长的0.02倍；上述第1步中所述判断标准平面镜与待测平面镜在干涉仪CCD上所成光斑的大小，使标准平面镜的光斑大于待测平面镜的光斑，具体为：若待测平面镜的光斑大于标准平面镜的光斑，则制作一个正方形光阑放在待测平面镜上使待测平面镜中心与正方形光阑中心重合，使标准平面镜的光斑大小大于待测平面镜的光斑大小；上述第2步中所述确定干涉仪的CCD中1个像素所对应的待测平面镜平移量δ，具体为：采用比例法，将待测平面镜平移的距离长度与对应干涉仪的CCD中像素的移动个数作比值，通过多次测量求平均值得到1个像素所对应的待测平面镜的平移量δ；上述第3步中所述在x轴、y轴的正负方向进行四步测试，分别记下波前数据Φ(x+δ,y)、Φ(x-δ,y)、Φ(x,y+δ)、Φ(x,y-δ)，具体为：待测平面镜向x轴负方向移动1个像素，记下波前数据Φ(x-δ,y)；待测平面镜向x轴正方向移动2个像素，记下波前数据Φ(x+δ,y)；待测平面镜向x轴负方向移动1个像素，回到初始位置；待测平面镜再向y轴正方向移动1个像素，记...

【专利技术属性】
技术研发人员：马骏，蔡慧娟，朱日宏，高志山，李建欣，孙玮苑，潘林凯，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32