CN111442909A - 一种大口径工作台移相干涉透过波前测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大口径工作台移相干涉透过波前测量装置及方法，属于精密光学检测领域。本装置通过单个压电陶瓷以小推力驱动低摩擦重载工作台沿直线导轨运动，进而带动固定在工作台上的大口径光学元件完成移相；通过三个位移传感器实时、高动态地监测工作台的俯仰和偏摆，进而推算出光学元件的平移和倾斜移相误差，并将其带入消倾斜移相算法，最终从移相干涉图中精确提取出待测透过波前结果。本装置及方法不仅机械结构简单、成本低，而且测量精度不受1)元件口径和重量，2)工作台俯仰和偏摆等运动误差，3)波长调谐所导致的色差和4)干涉腔长度等因素的影响。本装置及方法为大口径移相干涉测量提供了一条高精度、低成本的简便可行途径。

Description

一种大口径工作台移相干涉透过波前测量装置及方法
技术领域
本发明涉及一种大口径工作台移相干涉透过波前测量装置及方法，属于精密光学检测领域。
技术背景
大口径光学元件在天文望远镜、惯性约束聚变装置、高能激光武器等大型光学系统或国家重大工程中具有广泛应用。大口径光学元件表透过波前貌的优劣是决定这些系统总体性能指标的关键参数之一。因此，对大口径光学元件的表透过波前貌进行精确测量具有重要意义。不仅如此，大口径光学元件透过波前检测能力和检测精度也是衡量一个国家精密测量、制造领域发展水平的重要指标。
移相干涉测量(PSI)因具有光学干涉测量领域特有的抗背景干扰能力和高精度测量能力，而被作为极其重要的检测手段广泛应用于光学透过波前检测领域。PSI的基本原理是在干涉图中引入相移，再通过采集的多帧移相干涉图计算相位和透过波前分布。移相是PSI中最为关键的一步，移相精度直接决定了测量精度。目前最经典、应用最为广泛的移相方式是参考镜移相，即通过三个压电陶瓷(PZT)的伸长来驱动参考镜步进运动，进而在参考光中引入相移。该移相方式不仅较为简便，而且可通过单独控制每个PZT来补偿参考镜悬臂式固定结构所造成的倾斜移相误差。例如，朱煜等人提出一种3压电陶瓷移相器(朱煜,陈进榜,朱日宏,高志山.由三个压电陶瓷堆组成的干涉仪移相器的校正与标定[J].光学学报,2001,21(4):468-471)，其不仅对三个压电陶瓷堆都进行了非线性校正，还综合分析各个压电陶瓷堆之间的不一致性，从而实现了小口径移相干涉测量中的倾斜校准。该移相器的承载仅为10KG左右，可满足一般的小口径移相干涉测量需求。
然而，大口径光学元件的透过波前检测一般需要大口径的参考镜。当参考镜口径超过
Figure BDA0002499628450000011
时，其重量一般重达数十千克，甚至上百千克。这种情况下若继续使用这种3-PZT移相器来驱动大口径参考镜进行移相，参考镜的大重量势必严重阻碍某一个或多个PZT的伸长，其结果造成移相误差增大、甚至根本无法驱动移相。南京理工大学的武旭华博士在其学位论文(武旭华.
Figure BDA0002499628450000021
移相干涉仪的关键技术研究[D].南京理工大学,2007.)中研究了一种用于300mm口径移相干涉仪中的3压电陶瓷移相器，该移相器已经因参考镜重量过大而需要进行复杂的倾斜校正和非线性校正。事实上，当干涉仪口径继续增大，甚至高达600mm或以上时，参考镜移相方式难以实现精确移相，甚至PZT根本无法推动参考镜完成移相和测量。由此可见，参考镜移相方式(三压电陶瓷移相方式)难以实现高精度大口径移相干涉测量。
正因为如此，目前大口径移相干涉仪大多采用波长调谐移相方式，其使用可调谐激光器作为干涉仪光源，通过调谐激光器的波长来引入移相量。波长调谐移相的优势在于移相测量过程中参考镜和被测镜均保持不动，这极大地增加了仪器系统的机械稳定性，并且移相精度与测量口径或元件重量无关。
例如，2005年，成都精密光学工程研究中心研制成功了
Figure BDA0002499628450000022
波长调谐移相干涉仪(L.Chai,Q.Xu,Y.Deng,G.Cheng,J.Xu,andQ.Shi,"500-mmaperturewavelength-tuningphase-shiftinginterferometer,"in2ndInternationalSymposiumonAdvancedOpticalManufacturingandTestingTechnologies(SPIE,2006),p.6.)，其采用美国NewFocus公司的可调谐半导体激光器作为光源，在腔长21cm时，PV值测量精度可达1/20λ。2011年，南京理工大学的刘兆栋博士的学位论文(刘兆栋.
Figure BDA0002499628450000023
近红外相移斐索干涉仪校准及测试技术研究[D].南京理工大学,2011.)详细介绍了其研究的600mm口径波长移相干涉仪，其也采用了美国NewFocus公司的可调谐半导体激光器作为光源。ZYGO公司是目前世界上干涉计量行业的领导者之一，其生产的24英寸
Figure BDA0002499628450000024
及以上大口径移相干涉仪也采用波长调谐移相方式进行移相干涉测量(https://zygo.com.cn/)。
然而，波长调谐移相方法在原理上存在其固有的缺陷。首先，波长改变将引入色差，这给高精度透过波前测量带来了难以分析的误差。其次，波长调谐所引入的移相量与干涉腔长度有关，长干涉腔情况下需要高分辨力的波长调谐，短干涉腔情况下的移相需要大范围的波长调谐，而现有波长调谐激光器无法同时满足高分辨力和大调谐范围这两点要求，因此波长调谐移相的适用范围有限，移相精度有待提高。不仅如此，受工艺水平限制，目前性能良好的波长调谐激光器主要依赖国外进口。这严重限制了我国对高精度大口径移相干涉仪的自主研究。进而制约了我国诸如激光核聚变、极紫外光刻机等重大科研项目的研究和构建。
综上所述，从原理上来说机械式移相方式是移相干涉测量的首选。然而在大口径移相干涉仪中，被移相光学元件高达800mm的口径和重达约100KG的质量使得传统的机械式移相方式无法实现移相，即“移不动”。因此，大口径干涉仪不得不采用波长移相方式。但波长移相方式存在诸多问题也使得移相精度和测量精度难以提高，即“移不准”，或者说“测不准”。
为此，本发明提出一种大口径工作台移相干涉透过波前测量装置及方法，其移相方式属于机械式移相，但是与传统机械式移相方式不同，本装置及方法将大口径、大重量的光学元件固定在低摩擦重载工作台上。即使在重载情况下，低摩擦重载工作台的摩擦阻力也接近于零，因此由单个压电陶瓷输出的很小推力即可推动其沿直线导轨运动，以此有效解决了大口径光学元件“移不动”的关键难题。在此基础上，采用三个位移传感器准确监测移相过程中低摩擦重载工作台的俯仰和偏摆，进而精确推算出平移和倾斜移相误差，并将其带入消倾斜移相算法中以精确计算出待测透过波前，以此从侧面解决了“移不准/测不准”的难题。本发明有效解决了现有大口径干涉仪中普遍存在的“移不动”和“移不准/测不准”的难题，并且无需昂贵的、进口的波长调谐激光器，进而为我国众多重大科研或工程项目的研究提供了一条高精度、低成本、自主可控的检测途径。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前大口径干涉仪中参考镜重量过大，难以精确移相的难题，提出一种大口径工作台移相干涉透过波前测量装置及方法。本装置及方法将大口径、大重量的光学元件固定在低摩擦重载工作台上。即使在重载情况下，低摩擦重载工作台的摩擦阻力也接近于零，因此由单个压电陶瓷输出的很小推力即可推动其沿直线导轨运动，以此有效解决了大口径光学元件“移不动”的关键难题。在此基础上，采用三个位移传感器准确监测移相过程中低摩擦重载工作台的俯仰和偏摆，进而精确推算出平移和倾斜移相误差，并将其带入消倾斜移相算法中以精确计算出待测透过波前，以此从侧面解决了“移不准”的难题。本发明有效解决了现有大口径干涉仪中普遍存在的“移不动”和“移不准”的难题，并且无需昂贵的、进口的波长调谐激光器，进而为我国众多重大科研或工程项目的研究提供了一条高精度、低成本、自主可控的检测途径。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
一种大口径工作台移相干涉透过波前测量装置，包括小口径干涉仪主机、扩束系统、大口径准直镜、透射平晶、被测平晶、反射平晶、透射平晶调整架、低摩擦重载工作台、压电陶瓷、直线导轨、被测镜工装、被测镜工作台、反射平晶调整架、反射平晶工作台、传感监测平板、位移传感器A、位移传感器B和位移传感器C；
小口径干涉仪主机出射的准直光束被扩束系统扩束成大口径测量光，测量光束先后通过透射平晶和被测平晶，然后被反射平晶沿原路反射进入扩束系统。透射平晶通过中心带有通孔的透射平晶调整架固定在低摩擦重载工作台上，压电陶瓷固定在直线导轨上，与低摩擦重载工作台通过球头接触并被预紧。被测平晶通过被测镜工装固定在被测镜工作台上，反射平晶通过反射平晶调整架固定在反射平晶工作台上。被测镜工作台和反射平晶工作台可沿直线导轨运动，并可与直线导轨锁紧固定。移相测量过程中，低摩擦重载工作台被压电陶瓷驱动沿直线导轨无爬行地运动，进而带动透射平晶完成移相。中心带有通孔的传感检测平板固定在低摩擦重载工作台上，位移传感器固定在扩束系统上以实时、高动态地监测移相过程中传感器监测平板上三个局部位置的位移，进而推算出透射平晶的平移和倾斜移相误差，并以此精确求解待测透过波前。
所述位移传感器包括接触式位移传感器和非接触式位移传感器。
所述低摩擦重载工作台包括液压工作台、气浮工作台、精密滚珠工作台和磁悬浮工作台等。
本发明装置中，还可以利用压电陶瓷驱动反射平晶调整架及反射平晶进行移相，此时位移传感器通过传感器固定架安装在单独的传感器工作台上，压电陶瓷固定在传感器工作台上，传感器工作台与直线导轨锁紧。
本发明所述的一种大口径工作台移相干涉透过波前测量方法，测量步骤如下：
步骤一、打开小口径干涉仪主机，依次装卡透射平晶，被测平晶和反射平晶，调整各平晶的姿态直至主控计算机中观察到干涉条纹；
步骤二、主控计算机输出非线性递增的模拟电压信号，以控制压电陶瓷等间距地伸长，进而驱动低摩擦重载工作台及透射平晶实现定步长移相；
步骤三、主控计算机采集移相干涉图，同时高速采集三个位移传感器的测量数据；
步骤四、从三个位移传感器的测量数据中推算出平移和倾斜移相误差的大小和方向，将其带入消倾斜移相干涉算法并最终计算透过波前测量结果。
本发明方法中，从三个位移传感器的测量数据中推算平移和倾斜移相误差的公式如下：
Figure BDA0002499628450000051
Figure BDA0002499628450000052
Figure BDA0002499628450000053
其中下角标n表示移相步数，δ(n)表示平移移相量，α(n)和β(n)分别表示倾斜移相系数，anbncn分别是三个位移传感器所测得的位移量，λ是干涉仪光源的波长，D是有效测量口径，l是位移传感器A与B，B与C之间的距离。
本发明方法中，移相还可采用随机移相方式，即主控机计算机等步长地输出模拟电压，使压电陶瓷非线性地伸长；或任意给定输出模拟电压，使压电陶瓷随机伸长。
本发明方法中，消倾斜移相干涉算法的计算步骤如下：
步骤(1)、从所有干涉图I(i,j,n)中计算出背景a(i,j)和调制度b(i,j)，其中(i,j)表示像素坐标，max[I(i,j,n)]和min[I(i,j,n)]分别表示所有干涉图中(i,j)像素点上的最大灰度值和最小灰度值；
a(i,j)＝{max[I(i,j,n)]+min[I(i,j,n)]}/2
b(i,j)＝{max[I(i,j,n)]-min[I(i,j,n)]}/2
步骤(2)、将计算得出的平移和倾斜移相量作为已知值，利用最小二乘法计算相位分布；将干涉图的光强模型写为I(i,j,n)＝a(i,j)+C(i,j)cos[Δ(i,j,n)]+S(i,j)sin[Δ(i,j,n)]，
Δ(i,j,n)＝δn+αni+βnj，
Figure BDA0002499628450000061
Figure BDA0002499628450000062
其中Δ(i,j,n)是倾斜移相量，C(i,j)和S(i,j)是为了书写简便所引入的两个中间参量，带入所有的已知量，利用最小二乘法可求出C(i,j)和S(i,j)，然后利用反正切公式可求出透过波前
Figure BDA0002499628450000063
步骤(3)、将步骤(2)得出的透过波前
Figure BDA0002499628450000064
作为已知值，重新计算平移和倾斜移相量；将光强表达式重新写为
Figure BDA0002499628450000065
Figure BDA0002499628450000066
Figure BDA0002499628450000067
其中，
Figure BDA0002499628450000068
表示光强模型，
Figure BDA0002499628450000069
分别是δ(n)，α(n)和β(n)的修正值，Gs(i,j,n)是为了书写简便所引入的中间参量，Φ(i,j,n)表示总相位，其包括待测透过波前和倾斜移相量；带入所有已知量，通过最小二乘法求出
Figure BDA00024996284500000610
带入如下公式求出新的平移和倾斜移相参数α′(n),β′(n),δ′(n)
Figure BDA00024996284500000611
步骤(4)、给定收敛阈值ε，将
Figure BDA00024996284500000612
作为判据来判断迭代计算是否收敛；若
Figure BDA00024996284500000613
则认为收敛，直接得待测透过波前结果，否则从步骤(2)(3)(4)，直至计算收敛。
有益效果
与现有技术相比，本发明具有如下优势：
1.采用低摩擦重载工作台移相技术，承载能力大，运动精度高，不存在色差或腔长的影响，适用于大口径移相干涉测量；
2.采用三个位移传感器同时监测元件的平移和倾斜移相误差，并带入算法进行求解，无需任何移相校准即可有效保证测量精度不受移相误差的影响；
3.采用消倾斜移相干涉迭代算法进一步抑制了倾斜移相误差对测量精度的影响，大大提高了大口径移相干涉测量的精度；
4.无需三压电陶瓷移相所必须的复杂机械结构，无需使用进口、昂贵的波长调谐激光器，系统成本大大降低。
附图说明
图1是本发明原理示意图；
图2是本发明三个位移传感器分布示意图；
图3是本发明的算法计算流程图；
图4是本发明实施例1的示意图(采用气浮工作台和电容式传感器)；
图5是本发明实施例2的示意图(采用液压工作台和光学式传感器)；
图6是本发明实施例3的示意图(采用密珠工作台和电感式传感器)；
图7是本发明实施例3的传感器固定方式示意图；
其中：1-小口径干涉仪主机、2-扩束系统、3-大口径准直镜，4-透射平晶、5、被测平晶、6-反射平晶、7-透射平晶调整架、8-低摩擦重载工作台、9-压电陶瓷，10-直线导轨、11-被测镜工装、12-被测镜工作台、13-反射平晶调整架、14-反射平晶工作台、15-传感监测平板、16-位移传感器A、17-位移传感器B、18-位移传感器C、19-气浮工作台、20-高压气泵、21-进气管，22-尾气管、23-电容传感器、24-主控计算机、25-液压工作台、26-液压泵、27-排油管、28-吸油管、29-光学传感器、30-角锥棱镜、31-透射平晶工作台、32-密珠工作台、33-精密滚珠，34-电感传感器、35-传感器固定架、36-传感器工作台。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
一种大口径工作台移相干涉透过波前测量装置，包括小口径干涉仪主机、扩束系统、大口径准直镜、透射平晶、被测平晶、反射平晶、透射平晶调整架、低摩擦重载工作台、压电陶瓷、直线导轨、被测镜工装、被测镜工作台、反射平晶调整架、反射平晶工作台、传感监测平板、位移传感器A、位移传感器B和位移传感器C；如图1、图2和图3所示。
实施例1
当采用气浮工作台作为低摩擦重载工作台时，电容传感器作为位移传感器对大口径平晶透过波前进行检测时，测量装置如图4所示。
小口径干涉仪主机1(口径100mm)出射的准直光束被扩束系统2扩束成大口径测量光(口径800mm)，测量光束先后通过透射平晶4和被测平晶5，然后被反射平晶6沿原路反射进入扩束系统2。透射平晶4通过中心带有通孔的透射平晶调整架7固定在气浮工作台19上。透射平晶4及透射平晶调整架7的总重量约200Kg。高压气泵20通过进气管21提供高压空气，使气浮工作台19与直线导轨10的间隙中形成一层高压气膜，进而形成一层高压气膜并以此保证气浮工作台19与直线导轨10不直接接触，以此保证了低摩擦重载特性。尾气被同一收集并由尾气管22统一排放。压电陶瓷9固定在直线导轨10上，与气浮工作台19通过球头接触并被预紧。被测平晶5通过被测镜工装11固定在被测镜工作台上12，反射平晶6通过反射平晶调整架13固定在反射平晶工作台14上。被测镜工作台12和反射平晶工作台14可沿直线导轨10运动，并可与直线导轨10锁紧固定。移相测量过程中，气浮工作台19被压电陶瓷9驱动沿直线导轨10无爬行地运动，进而带动透射平晶4完成移相。中心带有通孔的传感检测平板15固定在气浮工作台19上，电容传感器23固定在扩束系统2上以实时、高动态地监测移相过程中传感监测平板15上三个局部位置的位移，进而推算出透射平晶4的平移和倾斜移相误差，并以此精确求解待测透过波前。
实现被测平晶5透过波前测量的步骤如下：
步骤一、打开小口径干涉仪主机1，依次装卡透射平晶4，被测平晶5和反射平晶6，调整各平晶的姿态直至主控计算机24中观察到干涉条纹；
步骤二、主控计算机24输出非线性递增的模拟电压信号，以控制压电陶瓷9等间距地伸长，进而驱动气浮工作台19及透射平晶4实现定步长移相；
步骤三、主控计算机24采集移相干涉图，同时高速采集三个电容传感器23的测量数据；
步骤四、从三个电容传感器23的测量数据中推算出平移和倾斜移相误差的大小和方向，将其带入消倾斜移相干涉算法并最终计算透过波前测量结果。
实施例2
当使用液压工作台作为低摩擦重载工作台，光学传感器作为位移传感器对大口径被测平晶透过波前进行检测时，测量装置如图5所示。
本实施例与实施例1的区别在于，使用液压工作台25作为低摩擦重载工作台，使用液压泵26通过排油管27为液压工作台25提供高压润滑油，进而使得液压工作台25与直线导轨10不直接接触，以此实现低摩擦重载特性。使用三个光学传感器29作为位移传感器，传感监测平板15上对应地固定有三个角锥棱镜30以原路反射光学传感器29的出射测量光线。
实施例3
当使用密珠工作台作为低摩擦重载工作台，电感传感器作为位移传感器对大口径球面被测镜的透过波前进行检测时，测量装置如图6和图7所示。
本实施例与实施例1的区别在于，使用密珠工作台32作为低摩擦重载工作台，其与直线导轨10的间隙中充满了精密滚珠33以实现低摩擦重载特性。实用三个电感传感器34作为位移传感器，其通过倒“T”字形的传感器固定架35固定在传感器工作台36上，传感器工作台36可与直线导轨10锁紧固定。压电陶瓷9固定在传感器工作台36上，与密珠工作台32通过球头接触并被预紧。传感检测平板15固定在密珠工作台32上。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了说明，但这些说明不能被理解为限制了本发明的范围，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上进行的改动都是本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种大口径工作台移相干涉透过波前测量装置，其特征在于：包括小口径干涉仪主机、扩束系统、大口径准直镜、透射平晶、被测平晶、反射平晶、透射平晶调整架、低摩擦重载工作台、压电陶瓷、直线导轨、被测镜工装、被测镜工作台、反射平晶调整架、反射平晶工作台、传感监测平板、位移传感器A、位移传感器B和位移传感器C；
小口径干涉仪主机出射的准直光束被扩束系统扩束成大口径测量光，测量光束先后通过透射平晶和被测平晶，然后被反射平晶沿原路反射进入扩束系统；透射平晶通过中心带有通孔的透射平晶调整架固定在低摩擦重载工作台上，压电陶瓷固定在直线导轨上，与低摩擦重载工作台通过球头接触并被预紧；被测平晶通过被测镜工装固定在被测镜工作台上，反射平晶通过反射平晶调整架固定在反射平晶工作台上；被测镜工作台和反射平晶工作台可沿直线导轨运动，并可与直线导轨锁紧固定；移相测量过程中，低摩擦重载工作台被压电陶瓷驱动沿直线导轨无爬行地运动，进而带动透射平晶完成移相；中心带有通孔的传感检测平板固定在低摩擦重载工作台上，位移传感器固定在扩束系统上以实时、高动态地监测移相过程中传感器监测平板上三个局部位置的位移，进而推算出透射平晶的平移和倾斜移相误差，并以此精确求解待测透过波前。
2.如权利要求1所述的一种大口径工作台移相干涉透过波前测量装置，其特征在于：位移传感器包括接触式位移传感器和非接触式位移传感器。
3.如权利要求1所述的一种大口径工作台移相干涉透过波前测量装置，其特征在于：低摩擦重载工作台包括液压工作台、气浮工作台、精密滚珠工作台和磁悬浮工作台。
4.如权利要求1所述的一种大口径工作台移相干涉透过波前测量装置，其特征在于：还可以利用压电陶瓷驱动反射平晶调整架及反射平晶进行移相，此时位移传感器通过传感器固定架安装在单独的传感器工作台上，压电陶瓷固定在传感器工作台上，传感器工作台与直线导轨锁紧。
5.一种大口径工作台移相干涉透过波前测量方法，其特征在于：测量步骤如下：
步骤一、打开小口径干涉仪主机，依次装卡透射平晶，被测平晶和反射平晶，调整各平晶的姿态直至主控计算机中观察到干涉条纹；
步骤二、主控计算机输出非线性递增的模拟电压信号，以控制压电陶瓷等间距地伸长，进而驱动低摩擦重载工作台及透射平晶实现定步长移相；
步骤三、主控计算机采集移相干涉图，同时高速采集三个位移传感器的测量数据；
步骤四、从三个位移传感器的测量数据中推算出平移和倾斜移相误差的大小和方向，将其带入消倾斜移相干涉算法并最终计算透过波前测量结果。
6.如权利要求4所述的一种大口径工作台移相干涉透过波前测量方法，其特征在于：从三个位移传感器的测量数据中推算平移和倾斜移相误差的公式如下：
Figure FDA0002499628440000021
Figure FDA0002499628440000022
Figure FDA0002499628440000023
其中下角标n表示移相步数，δ(n)表示平移移相量，α(n)和β(n)分别表示倾斜移相系数，anbncn分别是三个位移传感器所测得的位移量，λ是干涉仪光源的波长，D是有效测量口径，l是位移传感器A与B，B与C之间的距离。
7.如权利要求4所述的一种大口径工作台移相干涉透过波前测量方法，其特征在于：移相还可采用随机移相方式，即主控机计算机等步长地输出模拟电压，使压电陶瓷非线性地伸长；或任意给定输出模拟电压，使压电陶瓷随机伸长。
8.如权利要求4所述的一种大口径工作台移相干涉透过波前测量方法，其特征在于：消倾斜移相干涉算法的计算步骤如下：
步骤(1)、从所有干涉图I(i,j,n)中计算出背景a(i,j)和调制度b(i,j)，其中(i,j)表示像素坐标，max[I(i,j,n)]和min[I(i,j,n)]分别表示所有干涉图中(i,j)像素点上的最大灰度值和最小灰度值；
a(i,j)＝{max[I(i,j,n)]+min[I(i,j,n)]}/2
b(i,j)＝{max[I(i,j,n)]-min[I(i,j,n)]}/2
步骤(2)、将计算得出的平移和倾斜移相量作为已知值，利用最小二乘法计算相位分布；将干涉图的光强模型写为
I(i,j,n)＝a(i,j)+C(i,j)cos[Δ(i,j,n)]+S(i,j)sin[Δ(i,j,n)]，
Δ(i,j,n)＝δn+αni+βnj，
Figure FDA0002499628440000031
Figure FDA0002499628440000032
其中Δ(i,j,n)是倾斜移相量，C(i,j)和S(i,j)是为了书写简便所引入的两个中间参量，带入所有的已知量，利用最小二乘法可求出C(i,j)和S(i,j)，然后利用反正切公式可求出透过波前
Figure FDA0002499628440000033
步骤(3)、将步骤(2)得出的透过波前
Figure FDA0002499628440000034
作为已知值，重新计算平移和倾斜移相量；将光强表达式重新写为
Figure FDA0002499628440000035
GS(i,j,n)＝b(i,j)sin[Φ(i,j,n)]
Figure FDA0002499628440000036
其中，
Figure FDA0002499628440000037
表示光强模型，
Figure FDA0002499628440000038
分别是δ(n)，α(n)和β(n)的修正值，Gs(i,j,n)是为了书写简便所引入的中间参量，Φ(i,j,n)表示总相位，其包括待测透过波前和倾斜移相量；带入所有已知量，通过最小二乘法求出
Figure FDA0002499628440000039
带入如下公式求出新的平移和倾斜移相参数α′(n),β′(n),δ′(n)
Figure FDA00024996284400000310
步骤(4)、给定收敛阈值ε，将
Figure FDA00024996284400000311
作为判据来判断迭代计算是否收敛；若
Figure FDA00024996284400000312
则认为收敛，直接得待测透过波前结果，否则从步骤(2)(3)(4)，直至计算收敛。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115790442A (zh) * 2022-11-15 2023-03-14 南京理工大学 一种基于大口径微位移调整架的干涉测量方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003014582A (ja) * 2001-07-02 2003-01-15 Nikon Corp 波面収差測定装置
CN101013027A (zh) * 2007-01-31 2007-08-08 中国人民解放军国防科学技术大学 大口径大相对孔径非球面镜中高频误差检测装置与方法
CN101240999A (zh) * 2008-03-14 2008-08-13 中国人民解放军国防科学技术大学 一种大型光学平面的干涉测量装置与方法
JP2009053066A (ja) * 2007-08-28 2009-03-12 Canon Inc 波面測定干渉計のフォーカス調整方法、波面測定干渉計および投影光学系の製造方法
JP2009192249A (ja) * 2008-02-12 2009-08-27 Hoya Corp 被検レンズの透過波面収差測定方法及び装置
JP2014240826A (ja) * 2013-05-12 2014-12-25 夏目光学株式会社 面形状測定装置または波面収差測定装置
CN105675262A (zh) * 2016-01-14 2016-06-15 中国科学院上海光学精密机械研究所 大口径高平行度光学元件波前检测装置
CN207850322U (zh) * 2018-01-08 2018-09-11 浙江大学 大口径光学元件的中频误差检测系统及实验室
CN212059303U (zh) * 2020-05-20 2020-12-01 北京理工大学 一种大口径工作台移相干涉透过波前测量装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003014582A (ja) * 2001-07-02 2003-01-15 Nikon Corp 波面収差測定装置
CN101013027A (zh) * 2007-01-31 2007-08-08 中国人民解放军国防科学技术大学 大口径大相对孔径非球面镜中高频误差检测装置与方法
JP2009053066A (ja) * 2007-08-28 2009-03-12 Canon Inc 波面測定干渉計のフォーカス調整方法、波面測定干渉計および投影光学系の製造方法
JP2009192249A (ja) * 2008-02-12 2009-08-27 Hoya Corp 被検レンズの透過波面収差測定方法及び装置
CN101240999A (zh) * 2008-03-14 2008-08-13 中国人民解放军国防科学技术大学 一种大型光学平面的干涉测量装置与方法
JP2014240826A (ja) * 2013-05-12 2014-12-25 夏目光学株式会社 面形状測定装置または波面収差測定装置
CN105675262A (zh) * 2016-01-14 2016-06-15 中国科学院上海光学精密机械研究所 大口径高平行度光学元件波前检测装置
CN207850322U (zh) * 2018-01-08 2018-09-11 浙江大学 大口径光学元件的中频误差检测系统及实验室
CN212059303U (zh) * 2020-05-20 2020-12-01 北京理工大学 一种大口径工作台移相干涉透过波前测量装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115790442A (zh) * 2022-11-15 2023-03-14 南京理工大学 一种基于大口径微位移调整架的干涉测量方法
CN115790442B (zh) * 2022-11-15 2024-05-14 南京理工大学 一种基于大口径微位移调整架的干涉测量方法

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