一种基于空间载波技术的最优系统误差设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于空间载波技术的最优系统误差设计方法，包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种基于空间载波技术的最优系统误差设计方法


[0001]本专利技术涉及激光干涉面形检测
，尤其是涉及一种基于空间载波技术的最优系统误差设计方法
。

技术介绍

[0002]光学测量是指利用光学方法实现对各种物理量与技术参数的获取，凭借其高精度
、
非接触式等特性，被广泛应用于面形检测领域中
。
移相干涉技术
(Phase Shifting Interferometry
，
PSI)
在光学测量中占有重要地位，按照移相方式的不同，该技术又分为时间移相和空间移相
。
时间移相是通过在不同时刻引入等步长的移相量来实现的，该方法测量精度高，但抗干扰能力差，只适用于静态测量，不符合动态形变测量的要求；空间移相则是从空域引入，通常利用单帧干涉图计算物体在该状态下的相位图
。
相对于时间移相，空间移相不仅抗干扰能力强，机械振动和气流干扰带来的误差可以小到忽略不计，且允许采集时间比时间相移小几个数量级
。
[0003]空间载波移相干涉
(Spatial Phase
‑
shift Interference
，
SPSI)
，是目前适用性最好的空间移相技术，其本质原理是通过倾斜测试光束相对于参考光束的角度来引入一个合适的空间载波量，使带有待测面形信息的高频分量在频域上发生频移，与包含背景光信息的低频分量分离，从而获得被测波面的相位分布
。
载波条纹数量是由载波量的大小决定的，通常受频谱分离程度
、
系统回程误差等条件的约束
。
若载波条纹数量过少，则在将干涉图从空域变换为频域后，高阶频谱与低阶频谱易发生混叠现象，不利于后续对于高阶频谱的提取和保留更多的面形信息；若载波条纹数量过多，则会给系统带来较大的回程误差，并最终使面形检测精度降低
。
美国
ZYGO
公司采取的是默认
PPF(
条纹像素比
)
＝8，即一个条纹宽度等于8个像素宽度的折衷方案来确定载波条纹数，按照此方案，载波条纹数主要由
CCD
分辨率来决定
。
但从实际测量中发现，这不能对所有规格的光学元件保证精度，特别是对于一些
PV
值较大的球面镜
。
因此，如何选取合适的载波条纹数是实现高精度
SPSI
面形检测的重要因素
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于空间载波技术的最优系统误差设计方法，可以针对不同类型
、
不同规格的待测镜引入不同数量的载波条纹，将系统回程误差控制在合理范围内，使后续相位提取过程中既不会出现频谱混叠，又尽可能的保留了更多的面形信息，提升了利用
SPSI
技术测量面形的精度
。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于空间载波技术的最优系统误差设计方法，包括以下步骤：
[0006]S1、
获取待测镜待测表面的
PV
值；
[0007]S2、
令系统回程误差
OPD
所占权重与待测表面
PV
值所占权重相等，误差范围在
±
15
％之间；
[0008]S3、
计算待测镜相对于参考镜的最优倾角
α
；
[0009]S4、
计算最优倾角
α
所对应的最优载波条纹数
N。
[0010]优选的，在步骤
S1
中，所述获取待测镜待测表面的
PV
值，具体为：
[0011]若所述待测镜为平面镜，则默认待测表面的
PV
值等于
0.3
λ
，其中
λ
为光源波长；
[0012]若所述待测镜为球面镜，则通过球面镜
PV
值计算公式计算待测表面的
PV
值，所述球面镜
PV
值的具体计算公式为：
[0013]PV
＝
R
‑
Rcos
α
＝
R[1
‑
cos(arcsin
φ
/2R)](1)
，
[0014]其中
R
为待测球面镜的曲率半径，
φ
为待测球面镜的口径
。
[0015]优选的，在步骤
S3
中，所述待测镜相对于参考镜的最优倾角
α
是通过系统回程误差计算公式反推得到的，所述系统回程误差的具体计算公式为：
[0016]OPD
＝
l+(L+l)/cos2
α
‑
L (2)
，
[0017]其中
L
为干涉仪内腔长，
l
为干涉仪外腔长，
α
为待测镜相对于参考镜的倾斜角度；
[0018]在实际测量计算过程中，将式
(2)
使用简化公式简化为：
[0019]OPD
＝
L(1/cos2
α
‑
1)(3)。
[0020]优选的，在步骤
S4
中，所述最优载波条纹数
N
是通过将所述最优倾角
α
代入载波条纹数计算公式得到的，所述载波条纹数
N
的具体计算公式为：
[0021]N
＝
D/
Δ
L
＝
2D
α
/
λ
(4)
，
[0022]其中，
D
为干涉仪相机口径，
Δ
L
为相邻两条纹之间的间距，
α
为待测镜相对于参考镜的倾斜角度，
λ
为光源波长
。
[0023]因此，本专利技术采用上述一种基于空间载波技术的最优系统误差设计方法，有益效果如下：
[0024](1)
本专利技术一种基于空间载波技术的最优系统误差设计方法，实现了在使用斐索干涉仪对光学元件进行面形检测时，可以针对不同类型
、
不同规格的待测镜引入不同数量的载波条纹，将系统回程误差控制在合理范围内，使后续相位提取过程中既不会出现频谱混叠，又尽可能的保留了更多的面形信息，提升了利用
SPSI
技术测量面形的精度
。
[0025](2)
本专利技术一种基于空间载波技术的最优系统误差设计方法，令系统回程误差
OPD
所占权重与待测镜
PV
值权重相等，误差范围在
±
15
％之间，通过预估待测镜的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于空间载波技术的最优系统误差设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、
获取待测镜待测表面的
PV
值；
S2、
令系统回程误差
OPD
所占权重与待测表面
PV
值所占权重相等，误差范围在
±
15
％之间；
S3、
计算待测镜相对于参考镜的最优倾角
α
；
S4、
计算最优倾角
α
所对应的最优载波条纹数
N。2.
根据权利要求1所述的一种基于空间载波技术的最优系统误差设计方法，其特征在于：在步骤
S1
中，所述获取待测镜待测表面的
PV
值，具体为：若所述待测镜为平面镜，则默认待测表面的
PV
值等于
0.3
λ
，其中
λ
为光源波长；若所述待测镜为球面镜，则通过球面镜
PV
值计算公式计算待测表面的
PV
值，所述球面镜
PV
值的具体计算公式为：
PV
＝
R
‑
Rcos
α
＝
R[1
‑
cos(arcsin
φ
2R)](1)
，其中
R
为待测球面镜的曲率半径，
φ
为待测球面镜的口径

【专利技术属性】
技术研发人员：李志松，孙佳兴，宋金龙，翟天保，徐潇，胡红磊，
申请(专利权)人：上海电机学院，
类型：发明
国别省市：