一种在干涉图外圈开辟环形光强监测区的光强修正方法技术

本发明专利技术为一种在干涉图外圈开辟环形光强监测区的光强修正方法，第一步：在干涉仪基础上添加被测件孔径光阑，将干涉图最外圈环状部分直接转化为光强监测区；第二步：利用系统中唯一的图像探测器在记录干涉图的同时记录下光强监测区的光强；第三步：图像处理得到光强修正系数，在处理时序干涉图之前，处理光强监测区的光强，提取光强修正系数；第四步：利用光强修正系数修正干涉图光强。在经典干涉仪设置中简单添加被测件孔径光阑即可在记录干涉图的同时完成监测光探测，不改变光路形式、不增加复杂组件或子光路，硬件系统及其简单；采用外圈环形光强监测区，在获得足量的光强修正信息的同时最大限度的保留了被测口径。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光干涉测量技术，目的是简单、准确、实时地修正 激光器光强漂移等原因造成干涉图光强变化，尤其涉及一种在干涉图 外圈开辟环形光强监测区的光强修正方法。
技术介绍
激光干涉测量是利用激光的相干性，对相位变化所反映的信息进 行处理的光电测量方法。由于光是一种高频电磁波，直接观测其相位 变化比较困难，因此使用干涉技术将相位差变换为光强的变化，观测 起来就容易得多。通常利用基准反射面的参照光和被测物体反射的测 量光产生的干涉，就可以非接触地测量被测物体的距离以及表面形状 等参数，其测量精度一般为纳米量级。对干涉测量结果的分析都是对光强变化的分析。但无论何种原理 的激光器，其输出功率(表现为光强)都会随着温度、电流等各种因素的变化而变化，较稳定的激光器输出功率浮动范围为3%以内，性 能一般的能达到20-30%。使用这样的光源进行干涉测量，尤其是时 间移相干涉测量，将极大影响干涉图的光强的时序分布。另一方面， 探测器及其后续电路的性能也会随时间发生一定漂移。这些因素都会 使干涉图光强发生非相位引起的变化，造成测相误差，进而造成较大测量误差且难以消除。为了消除这一误差，稳定激光器输出功率，需 要采取温控等措施，这将成倍增大干涉仪的体积和重量，影响干涉仪 的小型化。另外，还可以通过分光部件采样激光器初始出射光(前分 光)，并监控其光强变化，反馈修正干涉图的光强。利用上述前分光方法进行光强修正有以下三个局限性。其一是使 用不同探测器记录干涉图与采样光，修正精度会受到不同探测器性能 差异的影响；其二，干涉图和采样光历经不同的光路，受到空气折射 率变化或灰尘散射等的影响，采样光的光强变化并不一定能真实反映 激光器光强漂移对干涉图的影响；其三，采用分光部件采样必然会影响主光束的质量。当激光器输出纵模不唯一时，正交的竞争模式之间 光强此消彼长严重，为了获得对比度佳的干涉图需要使用滤光片去除 一个模式，这时通过前分光监控总光强将完全无法反映实际干涉仪的 光强变化，达不到光强监控和修正的效果。因此，如何简单、实时、 准确的获得采样光是进一步研究光强修正的目标所在。如果能从干涉 图的获取光路中提取采样光，则可能实现准确的修正，同时有利于减 小干涉仪体积。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是如何直接从干涉图获取光路中提取 采样光，在不增加复杂光路或探测器的情况下，准确修正激光器光强 漂移等因素对干涉图光强的影响，提高干涉测量精度。本专利技术在干涉图外圈开辟环形光强监测区的光强修正方法，包括以下步骤第一步在干涉仪基础上添加被测件孔径光阑，将干涉图最外圈 环状部分直接转化为光强监测区；在面形测量干涉仪的测量光路中设 置孔径光阑，当平面测量时，测量光的口径小于参考光的口径；当球 面测量时，测量光的相对口径小于参考光的相对口径；在测量光与参 考光的公共口径中形成被测干涉图，参考光比测量光大的外圈剩余环 状口径作为光强监测区；第二歩利用系统中唯一的图像探测器，即采集干涉图的图像探 测器在记录干涉图的同时记录下光强监测区的光强；第三步图像处理得到光强修正系数，在处理时序干涉图之前， 处理光强监测区的光强，提取光强修正系数任取第幅干涉图光强 监测区全部、或一部分像素的光强取平均，或直接提取监测区内单点 光强作为光强基准值I。；对于需要修正第^幅干涉图，与光强基准值 获取方法对应，获得该幅干涉图光强监测区的光强值I^计算第6幅 干涉图的光强修正系数CA =(/,,-/。)〃0 (1)第四步利用光强修正系数修正干涉图光强以需要修正的第6 幅干涉图为例，该干涉图修正之前的光强分布设为《X,力，那么修正后的光强分布r(x，力满足r(x,力二S(;c,力x(l + CJ (2)将所有干涉图的光强都修正到作为参考的第a幅干涉图的光强上。 本专利技术的有益效果1. 在经典干涉仪设置中简单添加被测件孔径光阑即可在记录干 涉图的同时完成监测光探测，不改变光路形式、不增加复杂 组件或子光路，硬件系统及其简单；2. 由于共路设计，监测所得的光强值能最大限度地准确反映激 光器光强漂移和探测器、电路等时序不稳定对干涉图的影响， 丝毫不逊色于增加光路达到的监测效果，提高光强修正精度；3. 采用外圈环形光强监测区，在获得足量的光强修正信息的同 时最大限度的保留了被测口径。附图说明下面结合附图和具体实施方法对本专利技术进行进一步说明。图1是在斐索干涉仪光路中设置孔径光阑后的光路及采得图像。其中，1-激光点光源，2-准直透镜，3-分光镜，4， 6-孔径光阑， 5-参考镜，7-被测镜，8-图像探测器，9-光强监测区，10-干涉图区。具体实施方法
本专利技术对于斐索形式的干涉仪尤其适用，因为在这种干涉仪中， 测量光与参考光也几乎完全共路，只有参考面到被测面之间的光路为 测量光路特有，光强修正精度更高。以典型的斐索干涉仪为例，其光路如图1所示。光源1发出的激光经准直透镜2准直后经过分光镜3 入射半透半反的参考镜5，其后表面反射光作为参考光，透射光入射 被测镜7。 一般斐索干涉仪都充分利用参考镜和被测镜的口径以形成 干涉图，对被测镜进行全口径测量。此处用光阑4和6限制参考镜和 被测镜的有效口径。当参考镜光阑4的口径大于被测镜光阑6时，在 图像探测器8处将形成参考镜光阑4外圈剩余环状口径对应光强监测 区9、和光阑4、 6公共口径对应的干涉图区10。实际中，为了制造光强监测区，可以在设计干涉仪时考虑这一部 分口径，使得初始光束及参考镜口径大于被测件口径。对于形式已经 确定的干涉仪，可通过设置孔径光阑减小被测件口径的方法制造这一 监测区。在得到光强监测区9后，任意选取一幅干涉图作为参考，提取该 幅干涉图监测区的光强，根据公式(1)计算需要修正的干涉图的光 强修正系数。利用该系数根据公式(2)修正所有干涉图10区域的整 体光强，使其回归到参考干涉图对应时刻的光强上。由于该修正算法 采用的是比例修正，而非直接光强(灰度)绝对值修正，因此在光束 或者图像探测器存在空间不均匀的情况下也能发挥良好的修正效果。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在干涉图外圈开辟环形光强监测区的光强修正方法，其特征在于：包括以下步骤：　第一步：在干涉仪基础上添加被测件孔径光阑，将干涉图最外圈环状部分直接转化为光强监测区；在面形测量干涉仪的测量光路中设置孔径光阑，当平面测量时，测量光的口径小于参考光的口径；当球面测量时，测量光的相对口径小于参考光的相对口径；在测量光与参考光的公共口径中形成被测干涉图，参考光比测量光大的外圈剩余环状口径作为光强监测区；　第二步：利用系统中唯一的图像探测器，即采集干涉图的图像探测器在记录干涉图的同时记录下光强监测区的光强；　第三步：图像处理得到光强修正系数，在处理时序干涉图之前，处理光强监测区的光强，提取光强修正系数：任取第ａ幅干涉图光强监测区全部光强作为光强基准值Ｉ↓［０］；对于需要修正第ｂ幅干涉图，与光强基准值获取方法对应，获得该幅干涉图光强监测区的光强值Ｉ↓［ｂ］；计算第ｂ幅干涉图的光强修正系数：　Ｃ↓［ｂ］＝（Ｉ↓［ｂ］－Ｉ↓［０］）／Ｉ↓［０］　（１）　第四步：利用光强修正系数修正干涉图光强：以需要修正的第ｂ幅干涉图为例，该干涉图修正之前的光强分布设为Ｓ（ｘ，ｙ），那么修正后的光强分布Ｔ（ｘ，ｙ）满足：　Ｔ（ｘ，ｙ）＝Ｓ（ｘ，ｙ）×（１＋Ｃ↓［ｂ］）　（２）　将所有干涉图的光强都修正到作为参考的第ａ幅干涉图的光强上。...

【技术特征摘要】
1、一种在干涉图外圈开辟环形光强监测区的光强修正方法，其特征在于包括以下步骤第一步在干涉仪基础上添加被测件孔径光阑，将干涉图最外圈环状部分直接转化为光强监测区；在面形测量干涉仪的测量光路中设置孔径光阑，当平面测量时，测量光的口径小于参考光的口径；当球面测量时，测量光的相对口径小于参考光的相对口径；在测量光与参考光的公共口径中形成被测干涉图，参考光比测量光大的外圈剩余环状口径作为光强监测区；第二步利用系统中唯一的图像探测器，即采集干涉图的图像探测器在记录干涉图的同时记录下光强监测区的光强；第三步图像处理得到光强修正系数，在处理时序干涉图之前，处理光强监测区的光强，提取光强修正系数任取第a幅干涉图光强监测区全部光强作为光强基准值I0；对于需要修正第b幅干涉图，与光强基准...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝群，朱秋东，胡摇，汤磊，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]