傅立叶变换偏转测量系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于光学检验相位和振幅对象２的傅立叶变换偏转测量系统和方法，该相位和振幅对象２被放置在光栅３和成像系统４之间的光径中、与光栅３的距离为ｈ。光栅３形成了在图像平面的ｘ，ｙ正交轴上分别具有空间频率μ０，ｖ０的基于对比的周期图形，以及所述成像系统４包括物镜５和含有多个光敏元件的成像传感器６。空间频率μ０，ｖ０等于或小于成像系统在ｘ、ｙ轴上的相应尼奎斯特频率。根据本发明专利技术的方法，首先通过物镜５、由成像传感器６获取被相位和振幅对象２失真的所述图形的第一图像。而后，在空间频域中计算所述第一图像的傅立叶变换；选择所述傅立叶变换的至少一个一阶或更高阶谱，并在所述频域中将其移位，以便将它基本置于所述傅立叶变换的中心频率；以及对所述傅立叶变换的所述至少一个移位的一阶或更高阶谱执行傅立叶逆变换，以便获取复函数其中Ｉ（ｘ，ｙ）是强度，而是根据以下公式分别与在ｘ，ｙ轴方向上的光偏转角θｘ，θｙ有关的相位。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种用于光学检验相位和振幅对象的 偏转测量系统和方法。当折射对象被照亮时，根据该对象的形状和折射率，穿越的波阵面受到影响。光的 强度也受到传输该对象的影响。同样地；当光在反射对象上反射时，对象反射面的形状将影 响反射的波阵面以及对象的反射率将影响反射光的强度。因而可以确定折射或反射对象的 光学特性。在光学产业中，对检验员来说能够尽可能精确、完整和自动地确定产品的光学特 性是至关重要的。特别是，随着具有复曲率的特制矫正眼镜或隐形眼镜的发展，能够控制每 一个镜片都符合它的特定标准是非常重要的。类似的检验方法也用于其他领域，例如用于半导体晶片、平玻璃板、塑料板等的检 验，在这些领域中光反射和/或折射对象的形状和/或表面粗糙度需要精确和高效的检验。在先已经公开了几种用于折射和/或反射对象的光学表征的系统和方法。它们可 以被分类，尤其根据它们是否提取与波阵面相关的信息，该信息如波阵面的一阶导数，例如 它的斜率，或者波阵面的二阶导数，例如它的曲率。属于第一类的系统和方法包括用Michelson、Mach-Zendher或者Fuzeau干涉仪或 者其他类型的干涉仪所实现的直接干涉测量法，其中待分析的波阵面与无像差的参考波阵 面发生干涉，所述参考波阵面可以是球面的，平面的或非球面的。这样的系统和方法的深入 评论在 Daniel Malacara 的《Optical Shop Testing》第二版，John Wiley & Sons 有限公 司，New York, 1992, ISBN 0-471-52232-5 中被公开。这一类中的另一种技术是在国际专利申请WO 00/20929中所公开的数字化全息摄影术。属于第一类的这些系统和方法的主要缺点是它们需要易受光学噪音捕获的相干 光，还需要参考波阵面，而且它们在动态范围内特别受限。大多数现有的光学表征系统和方法可能是属于第二类的系统和方法。这一类包括 Hartmarm测试，Foucault测试，Ronchi测试，微分干涉差显微镜(DIC)，剪切干涉测量法， 侧向位移干涉测量法，Talbot moir6法，Shack-Hartmarm测试，偏转测量法，莫尔(moir6) 偏转测量法，移相纹影法，和扫描偏转测量法等等。它们中的一些已经公开在上述的书 ((Optical Shop Testing〉〉中。与第一类的那些技术相比，这些技术具有以下优点接收更大的波阵面失真，即更 大的动态范围，并且不需要参考波阵面。但是，这种程度的动态范围通常是以灵敏度为代价 的。这些技术的另一缺点在于得出波阵面需要对通过这些方法获取的导数信号作积分。这 例如在 C. Elster, I. Weingartner, Solution to the shearing problem, Appl. Opt., 38(1999)5024-5031 页中被论述。所公开的一些技术允许在两个轴线上同时获取波阵面的导数，例如，利用具有 两个垂直相交方向的光栅的剪切干涉测量系统和方法，其公开在J. C. ffyant, Double Frequency Grating Lateral ShearInterferometerApp. Opt. ,12 (9), p. 2057-2060, 1973中；侧向位移干涉测量系统和方法，其公开在J. Primot，S. Ve Ighe，N. Gerineau,R. Ha'ldar, J-C. Chanteloup, ((L' analyse de surface d' onde par interferometrie adecalagemulti lateral)), Photoniques, 19, p. 57, 2005 中；改进白勺双向 Shack Hartmann 禾口 Ronchi 测试，其分别公开在 Xavier Levecq, Samuel Bucourt, “Analyseurde font d'onde :les evolutions des analyseurs Shack-Hartmann)),photoniques, 19,p. 53,2005> 以及 A. Cordero-Davila, Ε. Luna-Aguilar, S. Vazquez-Montiel, S. Zarate-Vazquez,禾口 Μ. Ε. Percino-Zacarias, Ronchitest with a square grid, App. Opt. 37(4),p. 672-675, 1998中；或者莫尔偏转测量系统和方法，其公开在例如，Jesus Villa, Juan Antonio Quiroga,禾口 Manuel Servin, “Improved regularized phase-tracking technique for theprocessing of squared-grating deflectogramsApp. Opt. 39(4), p.502-508,2000 中或美国专利US6771362中。不过那些基于波阵面微分的技术的确存在空间分辨率有限的缺点。空间分辨率局限于例如在剪切干涉测量系统中的侧面剪切；如US6130419中公开的在Shack Hartmann 测试中由于微透镜的数目有限而导致的离散化；或者如在美国专利US6496253中描述的 在偏转测量法中使用的图形的特征的分离。结果，波阵面只能以有限的空间分辨率重构。 因而那些方法无法达到高的空间分辨率，这使得它们不适于对例如擦痕、灰尘、加工痕迹 或蚀损斑等小瑕疵的检验，以及不适用于检验在眼镜的改进型治眼病镜片中使用的微型 雕刻。因此，为了这些目的，必需其他的检验装置，例如，黑场照明设备。国际专利申请 W02005/121740A1的说明书中详细概括了此问题，以及提出了基于使用变换图形的解决方 案。上述问题也发生在莫尔偏转测量法和Talbot偏转测量法中，如公开在Juan Antonio Quiroga, Daniel Crespo, Eusebio Bernabeu,Fouriertransform method for automatic processing of moiredeflectograms，，, Opt. Eng. 38 (6), p. 974-982,1999 中，以 及上述Villa等人的论文中。在US6771362公开的偏转测量法中，通过在2个正方形网格 之间增加轴向分离而解决了空间分辨率的问题，但是这仍局限于相对低的空间分辨率。类 似的配置已经公开在US2004/189938和US6717661中。一种移相纹影法已经被证明适合于不仅精确地获取与例如适合于Zernike多 项式的波阵面曲率相关的定量信息，而且精确地获取与相位或吸收有关的高空间分辨率 内容信息，如公幵在 L. Joannes, F. Dubois, J-C. Legros，Phase-shifting Schlieren high-resolution quantitativeSchlieren that uses the phase-shifting 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于光学检验相位和振幅对象（２）的偏转测量方法，该相位和振幅对象（２）被放置在单个光栅（３）和成像系统（４）之间的光径中、与光栅（３）的距离为ｈ，其中，光栅（３）形成了在图像平面的ｘ，ｙ正交轴上分别具有空间频率μ↓［０］，ν↓［０］的基于对比的周期图形，以及所述成像系统（４）包括物镜（５）和含有多个光敏元件的成像传感器（６），其中该方法包括步骤：－－通过物镜（５）、由成像传感器（６）获取被相位和振幅对象（２）失真的所述图形的图像（６０１）；其特征在于，所述空间频率μ↓［０］，ν↓［０］不高于成像系统（４）在所述ｘ，ｙ轴上的相应尼奎斯特频率，且该方法还包括步骤：－－在空间频域计算所述第一图像（６０１）的傅立叶变换；－－选择所述傅立叶变换的至少一个一阶或更高阶谱（７０２），并在所述频域中将其移位，以便将它基本置于所述傅立叶变换的中心频率；以及－－对所述傅立叶变换的至少一个移位的一阶或更高阶谱（７０２）执行傅立叶逆变换，以便获取复函数ｇ（ｘ，ｙ）＝Ｉ（ｘ，ｙ）ｅ↑［ｉφ（ｘ，ｙ）］，其中Ｉ（ｘ，ｙ）是强度，而φ（ｘ，ｙ）是根据以下公式φ（ｘ，ｙ）＝－２πｈ（μ↓［０］ｔａｎθ↓［ｘ］＋ｖ↓［０］ｔａｎθ↓［ｙ］）分别与在ｘ，ｙ轴方向上的光偏转角θ↓［ｘ］，θ↓［ｙ］有关的相位。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2007-11-19 07121009.0一种用于光学检验相位和振幅对象(2)的偏转测量方法，该相位和振幅对象(2)被放置在单个光栅(3)和成像系统(4)之间的光径中、与光栅(3)的距离为h，其中，光栅(3)形成了在图像平面的x，y正交轴上分别具有空间频率μ0，ν0的基于对比的周期图形，以及所述成像系统(4)包括物镜(5)和含有多个光敏元件的成像传感器(6)，其中该方法包括步骤--通过物镜(5)、由成像传感器(6)获取被相位和振幅对象(2)失真的所述图形的图像(601)；其特征在于，所述空间频率μ0，ν0不高于成像系统(4)在所述x，y轴上的相应尼奎斯特频率，且该方法还包括步骤--在空间频域计算所述第一图像(601)的傅立叶变换；--选择所述傅立叶变换的至少一个一阶或更高阶谱(702)，并在所述频域中将其移位，以便将它基本置于所述傅立叶变换的中心频率；以及--对所述傅立叶变换的至少一个移位的一阶或更高阶谱(702)执行傅立叶逆变换，以便获取复函数其中I(x，y)是强度，而是根据以下公式分别与在x，y轴方向上的光偏转角θx，θy有关的相位。FPA00001138901000011.tif,FPA00001138901000012.tif,FPA00001138901000013.tif2.根据权利要求1的偏转测量方法，其中选择所述傅立叶变换的多个一阶和/或更高 阶谱(702)，并在所述频域中将其移位，以便将它们基本置于所述傅立叶变换的中心频率。3.根据权利要求1或2的偏转测量方法，进一步包括展开所述相位的步骤。4.根据前述任意一项权利要求的偏转测量方法，进一步包括过滤低于特定阈值的所述 强度的步骤。5.根据前述任意一项权利要求的偏转测量方法，其中利用关于彼此以一角度交叉的两 图形来执行所述步骤。6.根据前述任意一项权利要求的偏转测量方法，其中利用相对于对象(2)处于第一位 置的光栅(3)以及相对于对象(2)处于第二位置的光栅(3)执行所述步骤，所述第一和第 二位置沿着光径偏移已知的距离。7.根据前述任意一项权利要求的偏转测量方法，其中在对象(2)在所述光径中相对于 光栅(3)处于几个距离的情况下，捕获所述图形的几个失真图像，此外还包括步骤-组合所述多个失真图像以获取合成图像；一在空间频域中计算所述合成图像的傅立叶变换；-选择所述合成图像的所述傅立叶变换的至少一个一阶或更高阶谱，并在所述频域中 将其移位，以便将它基本置于所述傅立叶变换的中心频率；以及一对所述合成图像的所述傅立叶变换的所述至少一个移位的一阶或更高阶谱执行傅 立叶逆变换，以便获取复函数“(而力=4(；^>^(〃)，其中IM(x，y)是强度，而q>M(X，y) 是相位，而IM(x，y)与合成图像中的对比度有关。8.根据权利要求7的偏转测量方法，其中所述图形包括两交叉组的、具有不同空间频 率iiu，％,八和y。,B，Vu的平行边纹，以及计算合成图像的傅立叶变换、选择和移位合成 图像的所述傅立叶变换的所述谱、以及对合成图像的傅立叶变换的所述移位谱执行傅立叶逆变换的所述步骤可以首先通过一个接近Pu，Vu的移位以及而后通过一个接近yo,B， v0,B的移位来实现，以便获取两个振幅图，分别为IM(x，y)和ImbOc，y)。9.根据权利要求8的偏转测量方法，进一步包括通过重叠、相加，和/或相乘来组合所 述两个振幅图的步骤。10.根据权利要求1到6中任意一项权利要求的偏转测量方法，进一步包括步骤-在附加的光栅相...

【专利技术属性】
技术研发人员：D贝格休恩，L乔尼思，
申请(专利权)人：兰姆德X公司，
类型：发明
国别省市：BE[比利时]