CN105318843B - 一种应用共轭差分法检测柱面镜绝对面形的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用共轭差分法对柱面镜面形进行绝对检测的方法，该方法运用共轭差分法实现了对柱面面形的绝对检测。运用本发明中的装置可对待测柱面实现在沿母线方向及绕中心轴方向上的共轭运动，从而测得这两个方向上的差分量，通过波面复原算法即可恢复出待测波面。本发明能消除传统差分法测量面形中存在的零点误差，提高测量精度。

Description

一种应用共轭差分法检测柱面镜绝对面形的方法
技术领域
本发明属于面形检测领域，具体涉及一种应用共轭差分法检测柱面镜绝对面形的方法。
背景技术
一般的光学面形检验方法都是相对测量法，由于干涉仪系统误差及参考平面误差，测量结果相对于实际平面有一定的偏差。当测量精度要求很高时，必须消除干涉仪的系统误差和参考平面误差，于是提出了绝对检测技术。绝对检测就是通过消除干涉仪器的系统误差和参考平面误差对测量结果的影响来得到待测件的绝对面形信息。绝对检测在原理上不引入干涉仪系统误差和参考表面误差，能够得到光学平面的绝对信息。
1954年，P.B.Keenan提出了一种伪剪切干涉计量测试技术(Pseudo shearInterferometry,又称为差分法或平移相减法)。伪剪切法绝对检测是通过标准平面和待测件在某一固定位置的测量结果和待测件在两个相互垂直方向移动后的测量结果相减后再累加求出待测件的绝对面形，在三次测量过程中控制干涉仪系统误差不变，差分法现已被广泛应用于光学面形的绝对测量。一般的差分法需测得零位以及互相垂直的两个方向上的波面信息，即需测得三组数据，且两轴上数据均需与零位数据相减，如零位数据的误差会被代入两次计算过程中，容易产生较大误差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用共轭差分法检测柱面镜绝对面形的方法，通过应用共轭差分法对柱面镜面形进行绝对检测，降低了测量误差。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种应用共轭差分法对柱面镜面形进行绝对检测的方法，柱面镜面形检测步骤如下：
步骤1)搭建实验装置：装置包括干涉仪、柱面CGH(柱面计算全息片)、转盘、调整架和待测柱面，调整架固定在转盘上，待测柱面设置在调整架上，沿光轴依次设置干涉仪、柱面CGH、待测柱面，待测柱面的中心高不高于干涉仪所发出激光束的中心高。
步骤2)装调待测柱面：
2-1)将柱面CGH+1级衍射光斑对准干涉仪的中心光斑，形成+1级干涉载波；
2-2)调节转盘中心位置使转盘中心与柱面CGH焦线重合；
2-3)调节调整架，使得待测柱面反射光线汇聚于一点且与干涉仪中心光斑及柱面CGH+1级光斑均重合，此时待测柱面位置为零点位置；
步骤3)开启转盘，使待测柱面顺时针进行单像素运动，记录干涉仪的测量数据为W+x，转回原零点位置后，再逆时针进行单像素运动，记录数据为W-x；
步骤4)将待测柱面转回零点位置，将其沿Y轴正方向做单像素运动，记录数据为W+y，移至零点后沿负方向做单像素运动，记录数据为W-y；
步骤5)令Sx＝W+x-W-x，Sy＝W+y-W-y，此时所得的Sx为待测柱面在x方向上的差分数据，即x方向上的倾斜量，Sy为待测柱面在y方向上的差分数据，即y方向上的倾斜量；通过波面复原算法即可恢复出待测柱面的绝对面形。
上述调整架包括平台、精密三维位移台和柱面夹持装置，柱面夹持装置设置在精密三维位移台上，精密三维位移台控制待测柱面沿Y轴、Z轴运动，精密三维位移台设置在平台上，平台设置在转盘上，待测柱面在调整架上进行X轴、Y轴、Z轴运动。
上述步骤3)中，单像素运动的角度根据横向放大率换算到像空间得到。
上述步骤4)中，单像素运动的距离根据横向放大率换算到像空间得到。
上述步骤5)中，波面复原算法为傅里叶变换法、多路径积分法或泽尼克拟合法。
本发明与现有技术相比，其显著优点：(1)能消除传统差分法测量面形中存在的零点误差，提高测量精度；(2)运用本装置可以实现对柱面进行绕中心轴及母线方向的运动。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
图2为本发明实现装置的示意图。
图3为本发明装置图中调整架的放大示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合图1-图3，一种应用共轭差分法对柱面镜面形进行绝对检测的方法，检测步骤如下：
步骤1)搭建实验装置：装置包括干涉仪1、柱面CGH2、转盘3、调整架4和待测柱面5，调整架4固定在转盘3上，待测柱面5设置在调整架4上，沿光轴依次设置干涉仪1、柱面CGH2、待测柱面5，待测柱面5的中心高不高于干涉仪1所发出激光束的中心高；
步骤2)装调待测柱面：
2-1)将柱面CGH2+1级衍射光斑对准干涉仪1的中心光斑，形成+1级干涉载波；
2-2)调节转盘3中心位置使转盘3中心与柱面CGH2焦线重合；
2-3)调节调整架4，使得待测柱面5反射光线汇聚于一点且与干涉仪1中心光斑及柱面CGH2+1级光斑均重合，此时待测柱面5位置为零点位置；
步骤3)开启转盘3，使待测柱面5顺时针进行单像素运动，记录干涉仪1的测量数据为W+x，转回原零点位置后，再逆时针进行单像素运动，记录数据为W-x；其中单像素运动的角度根据横向放大率换算到像空间得到。
步骤4)将待测柱面5转回零点位置，将其沿Y轴正方向做单像素运动，记录数据为W+y，移至零点后沿负方向做单像素运动，记录数据为W-y；单像素运动的距离根据横向放大率换算到像空间得到。
步骤5)令Sx＝W+x-W-x，Sy＝W+y-W-y，此时所得的Sx为待测柱面5在x方向上的差分数据，即x方向上的倾斜量，Sy为待测柱面5在y方向上的差分数据，即y方向上的倾斜量；通过波面复原算法即可恢复出待测柱面的绝对面形。波面复原算法为傅里叶变换法、多路径积分法或泽尼克拟合法。
上述调整架4包括平台4-1、精密三维位移台4-2和柱面夹持装置4-3，柱面夹持装置4-3设置在精密三维位移台4-2上，精密三维位移台4-2控制待测柱面5沿Y轴、Z轴运动，精密三维位移台4-2设置在平台4-1上，平台4-1设置在转盘3上，待测柱面5在调整架4上进行X轴、Y轴、Z轴运动。
实施例1
一种应用共轭差分法对柱面镜面形进行绝对检测的方法，检测步骤如下：
步骤1)搭建实验装置：装置包括干涉仪1、柱面CGH2、转盘3(市购)、调整架4(市购)和待测柱面5，调整架4固定在转盘3上，待测柱面5设置在调整架4上，沿光轴依次设置干涉仪1、柱面CGH2、待测柱面5，待测柱面5的中心高不高于干涉仪1所发出激光束的中心高。干涉仪1选用zygo干涉仪(市购)。
上述调整架4包括平台4-1、精密三维位移台4-2(市购)和柱面夹持装置4-3(市购)，柱面夹持装置4-3设置在精密三维位移台4-2上，柱面夹持装置4-3用于夹持待测柱面5，并控制待测柱面5沿Y轴、Z轴运动，精密三维位移台4-2设置在平台4-1上，平台4-1设置在转盘3上，转盘3转动时带动平台4-1转动，平台4-1带动其上的精密三维位移台4-2、柱面夹持装置4-3和待测柱面5一起转动，待测柱面5在调整架4上进行X轴、Y轴、Z轴以及圆周运动。
步骤2)装调待测柱面：
2-1)将柱面CGH2+1级衍射光斑对准干涉仪1的中心光斑，形成+1级干涉载波；
2-2)调节转盘3中心位置使转盘3中心与柱面CGH2焦线重合；
2-3)调节调整架4，使得待测柱面5反射光线汇聚于一点且与干涉仪1中心光斑及柱面CGH2+1级光斑均重合，此时待测柱面5位置为零点位置；
步骤3)开启转盘3，使待测柱面5顺时针进行单像素运动，记录干涉仪1的测量数据为W+x，转回原零点位置后，再逆时针进行单像素运动，记录数据为W-x；
步骤4)将待测柱面5转回零点位置，将其沿Y轴正方向做单像素运动，记录数据为W+y，移至零点后沿负方向做单像素运动，记录数据为W-y；
步骤5)令Sx＝W+x-W-x，Sy＝W+y-W-y，此时所得的Sx为待测柱面5在x方向上的差分数据，即x方向上的倾斜量，Sy为待测柱面5在y方向上的差分数据，即y方向上的倾斜量；通过傅里叶变换法即可恢复出待测柱面的绝对面形。
上述波面复原算法也可为多路径积分法或泽尼克拟合法。

Claims (1)

1.一种应用共轭差分法对柱面镜面形进行绝对检测的方法，其特征在于，检测步骤如下：
步骤1)搭建实验装置：装置包括干涉仪(1)、柱面CGH(2)、转盘(3)、调整架(4)和待测柱面(5)，调整架(4)固定在转盘(3)上，待测柱面(5)设置在调整架(4)上，沿光轴依次设置干涉仪(1)、柱面CGH(2)、待测柱面(5)，待测柱面(5)的中心高不高于干涉仪(1)所发出激光束的中心高；
步骤2)装调待测柱面：
2-1)将柱面CGH(2)+1级衍射光斑对准干涉仪(1)的中心光斑，形成+1级干涉载波；
2-2)调节转盘(3)中心位置使转盘(3)中心与柱面CGH(2)焦线重合；
2-3)调节调整架(4)，使得待测柱面(5)反射光线汇聚于一点且与干涉仪(1)中心光斑及柱面CGH(2)+1级光斑均重合，此时待测柱面(5)位置为零点位置；
步骤3)开启转盘(3)，使待测柱面(5)顺时针进行单像素运动，记录干涉仪(1)的测量数据为W+x，转回原零点位置后，再逆时针进行单像素运动，记录数据为W-x；单像素运动的角度根据横向放大率换算到像空间得到；
步骤4)将待测柱面(5)转回零点位置，将其沿Y轴正方向做单像素运动，记录数据为W+y，移至零点后沿负方向做单像素运动，记录数据为W-y；单像素运动的距离根据横向放大率换算到像空间得到；
步骤5)令Sx＝W+x-W-x，Sy＝W+y-W-y，此时所得的Sx为待测柱面(5)在x方向上的差分数据，即x方向上的倾斜量，Sy为待测柱面(5)在y方向上的差分数据，即y方向上的倾斜量；通过波面复原算法即可恢复出待测柱面的绝对面形；波面复原算法为傅里叶变换法、多路径积分法或泽尼克拟合法；
上述调整架(4)包括平台(4-1)、精密三维位移台(4-2)和柱面夹持装置(4-3)，柱面夹持装置(4-3)设置在精密三维位移台(4-2)上，精密三维位移台(4-2)控制待测柱面(5)沿Y轴、Z轴运动，精密三维位移台(4-2)设置在平台(4-1)上，平台(4-1)设置在转盘(3)上，待测柱面(5)在调整架(4)上进行X轴、Y轴、Z轴运动。
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