專利名稱：一種基于稀疏孔徑拼接的平面光學(xué)元件檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大口徑平面光學(xué)元件面型干涉法測(cè)試領(lǐng)域，特別涉及一種基于稀疏孔徑拼接的平面光學(xué)元件檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代光學(xué)元件的制造是一種動(dòng)態(tài)的集成制造模式，面型測(cè)試作為一項(xiàng)重要的反饋和評(píng)估指標(biāo)，對(duì)于確保光學(xué)元件的制造質(zhì)量是必不可少的。隨著大型光學(xué)元件加工質(zhì)量要求的不斷提升，其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)涵也不斷豐富，全口徑、全空間頻率的質(zhì)量控制成為制造過程的新目標(biāo)，而全口徑、全空間頻率的面型誤差的檢測(cè)也就成了大口徑光學(xué)元件的主要目標(biāo)。子孔徑拼接干涉測(cè)量是大口徑光學(xué)元件測(cè)量的重要技術(shù)手段之一，也是世界各國(guó)廣泛認(rèn)同的技術(shù)方式。子孔徑拼接干涉測(cè)量的原理是，利用小口徑的干涉儀獲取大口徑光 學(xué)元件的小部分面型，并通過多孔徑的拼接算法復(fù)原全口徑面型。這樣不但保證了干涉測(cè)量的高精度，而且免去了使用和全孔徑尺寸相同的標(biāo)準(zhǔn)面，從而大大降低了成本，并同時(shí)可以測(cè)得大口徑干涉儀所難以測(cè)得的中、高頻信息。目前，采用全口徑覆蓋的方式測(cè)量大口徑平面，即子孔徑的覆蓋面積大于或等于待測(cè)平面。因此，在光學(xué)平面尺寸較大時(shí)，需要測(cè)量的子孔徑數(shù)量較多，測(cè)量需要較多的時(shí)間。這對(duì)于交替進(jìn)行的加工和檢驗(yàn)來(lái)說(shuō)，在檢驗(yàn)步驟上大大降低了效率。大口徑高精度平面元件大多采用連續(xù)拋光工藝加工，通常會(huì)形成圓對(duì)稱的效果，且影響面型精度的所在方位集中在中間和邊緣，即中心突出(或中心凹陷)、邊緣塌邊或邊緣翹邊的面型特征，這兩部分對(duì)于由面型檢測(cè)所關(guān)注的PV值、RMS值起了決定性作用。因此，部分子孔徑的測(cè)試是非必要的。因此，本發(fā)明提出一種減少子孔徑數(shù)量，拼接檢測(cè)大口徑平面光學(xué)元件的方法，以達(dá)到增加測(cè)試效率，并保證一定的測(cè)試精度的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服平面子孔徑拼接干涉測(cè)量中，現(xiàn)有的全面覆蓋型子孔徑拼接技術(shù)檢測(cè)效率低的不足，提出一種基于稀疏孔徑拼接的平面光學(xué)元件檢測(cè)方法，在保證精度的前提下，減少子孔徑數(shù)量，從而實(shí)現(xiàn)子孔徑拼接干涉檢驗(yàn)的快速測(cè)試。本發(fā)明提出的一種基于稀疏孔徑拼接的平面光學(xué)元件檢測(cè)方法，該方法通過按照在最大徑向上測(cè)試子孔徑，有效減少了子孔徑測(cè)試數(shù)量，并利用最小二乘法、坐標(biāo)變換等數(shù)學(xué)手段，修正子孔徑間相對(duì)傾斜、位移，以實(shí)現(xiàn)子孔徑間重疊區(qū)域相位精確擬合。其測(cè)量裝置包括被測(cè)平面、二維平移臺(tái)(XZ方向平移臺(tái))、干涉儀(菲索型干涉儀)、作為干涉儀附件的標(biāo)準(zhǔn)平面透鏡。標(biāo)準(zhǔn)平面透鏡放在干涉儀與被測(cè)平面之間，調(diào)節(jié)二維平移臺(tái)X與Z軸的平移，使干涉儀出瞳對(duì)準(zhǔn)被測(cè)平面中心區(qū)域。再通過調(diào)節(jié)二維平移臺(tái)X與Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，目的讓干涉儀出射波面法線與被測(cè)區(qū)域法線近似重合，從而使干涉儀出射的參考平面波前與所測(cè)區(qū)域的平面波前近似重合，這樣入射到被測(cè)區(qū)域的光線就能夠近似的沿原路返回。干涉儀在此光學(xué)表面區(qū)域進(jìn)行干涉測(cè)量，得到一個(gè)子孔徑。通過調(diào)節(jié)二維平移臺(tái)X與Z軸的平移，到達(dá)下一個(gè)指定待測(cè)區(qū)域，即第二個(gè)子孔徑，得到第二個(gè)子孔徑的測(cè)量值，兩子孔徑之間有重疊區(qū)，重疊區(qū)大小由被測(cè)樣品輪廓、尺寸與干涉儀出瞳尺寸決定，這樣就得到待拼接的兩子孔徑。理論上，在重疊區(qū)域內(nèi)兩次檢測(cè)得到的波前相位值應(yīng)該是一樣的，也即兩次檢測(cè)相位數(shù)據(jù)位于同一個(gè)面，而實(shí)際檢測(cè)過程中，因?yàn)橐苿?dòng)和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致的傾斜、平移等誤差，重疊區(qū)域兩次測(cè)量得到的相位值不同，兩個(gè)面并不重合。應(yīng)用坐標(biāo)變換，使兩孔徑坐標(biāo)統(tǒng)一起來(lái)，再通過最小二乘法擬合重疊區(qū)相位，計(jì)算兩子孔徑相對(duì)傾斜和位移，使兩孔徑重疊區(qū)相位精確擬合，從而完成兩子孔徑的拼接。上述發(fā)明的目的通過以下的方法實(shí)現(xiàn)
一種基于稀疏孔徑拼接的平面光學(xué)元件檢測(cè)方法，采用平面光學(xué)元件檢測(cè)裝置進(jìn)行檢測(cè)，所述檢測(cè)裝置包括二維平移臺(tái)、干涉儀和標(biāo)準(zhǔn)平面透鏡，所述標(biāo)準(zhǔn)平面透鏡固定于干涉儀出瞳端，所述二維平移臺(tái)上放置有平面光學(xué)元件，所述干涉儀的出瞳正對(duì)平面光學(xué)元件，使平面光學(xué)元件平行于標(biāo)準(zhǔn)平面透鏡，以便測(cè)量干涉圖像，具體步驟如下
(I)將所述平面光學(xué)元件固定在二維平移臺(tái)上，干涉儀對(duì)準(zhǔn)所述平面光學(xué)元件的位
置；
(2)調(diào)節(jié)二維平移臺(tái)到達(dá)指定目標(biāo)分布區(qū)域，使干涉儀出瞳對(duì)準(zhǔn)平面光學(xué)元件的幾何中心部分，干涉儀對(duì)該幾何中心部分進(jìn)行采集測(cè)量計(jì)算，得到該子孔徑面型信息；
(3)在平面光學(xué)元件邊緣找出距離幾何中心點(diǎn)最遠(yuǎn)點(diǎn)，記該最遠(yuǎn)點(diǎn)與幾何中心點(diǎn)的連接線段為Z ；
(4)移動(dòng)二維平移臺(tái)至新位置，使干涉儀出瞳中心對(duì)準(zhǔn)線段Z，并使出瞳對(duì)準(zhǔn)的區(qū)域與步驟(2)所述測(cè)量區(qū)域有部分重疊，對(duì)該部分進(jìn)行采集計(jì)算，得到該子孔徑面型信息；
(5)重復(fù)步驟(4)，直到完成全部子孔徑的測(cè)量，即可實(shí)現(xiàn)所述平面光學(xué)元件的稀疏子孔徑測(cè)量；
其中所述部分重疊區(qū)域的面積，由平面光學(xué)元件輪廓、尺寸與干涉儀出瞳尺寸決定。本發(fā)明中，所述二維平移臺(tái)采用XZ方向平移臺(tái)。本發(fā)明中，所述干涉儀采用菲索型干涉儀。本發(fā)明中，步驟(2)中移動(dòng)二維平移臺(tái)到達(dá)指定目標(biāo)分布區(qū)域，利用小口徑干涉儀對(duì)所述平面光學(xué)元件的指定目標(biāo)分布區(qū)域，即子孔徑區(qū)域進(jìn)行逐個(gè)檢測(cè)。本發(fā)明中，子孔徑的分布方式采用X型分布。本發(fā)明中，所述平面光學(xué)元件為矩形，記兩條對(duì)角線分別為乙與4 ;或所述平面光學(xué)元件為圓形，任選一條直徑為匕，記與Z7相垂直的直徑為4，在乙與4交點(diǎn)，即幾何中心處定位一個(gè)子孔徑，其余子孔徑中心分別對(duì)準(zhǔn)Z7與&中心，向邊緣延伸，直至子孔徑檢測(cè)超出所述平面光學(xué)元件范圍，其中子孔徑間的重疊面積為單一子孔徑面積的15%-30%。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明針對(duì)環(huán)形拋光的平面光學(xué)元件面形具有較高圓對(duì)稱性的特點(diǎn)，通過一定規(guī)則指定檢測(cè)區(qū)域，可達(dá)到不覆蓋全孔徑，快速完成大口徑光學(xué)平面的稀疏孔徑檢測(cè)的目的，為環(huán)形拋光的工序檢驗(yàn)提供一種經(jīng)濟(jì)的檢測(cè)方法。



圖I是本發(fā)明平面光學(xué)元件干涉檢測(cè)裝置的俯視圖。圖2是一尺寸為400mmX400mm的矩形平面光學(xué)元件的子孔徑排布圖。圖3是為一尺寸為Φ400_的圓形平面光學(xué)元件的子孔徑排布圖。圖中標(biāo)號(hào)1為二維平移臺(tái)，2為平面光學(xué)元件，3為標(biāo)準(zhǔn)平面透鏡，4為干涉儀。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例I :其結(jié)構(gòu)如圖I所示，該裝置包括二維(XZ)平移臺(tái)I、標(biāo)準(zhǔn)平面透鏡3、菲索型干涉儀4，
標(biāo)準(zhǔn)平面透鏡3固定在菲索型干涉儀4出瞳端，同時(shí)，平面光學(xué)元件2置于XZ平移臺(tái)I上，從而可以調(diào)節(jié)平面光學(xué)元件2的位置，小口徑干涉儀4的出瞳正對(duì)平面光學(xué)元件2，調(diào)節(jié)XZ平移臺(tái)I的X與Z方向的旋轉(zhuǎn)，使平面光學(xué)元件2平行于標(biāo)準(zhǔn)平面透鏡3，以便測(cè)量干涉圖像。若平面光學(xué)元件2為矩形，記兩條對(duì)角線分別為Z7與“;若平面光學(xué)元件2為圓形，任選一條直徑為乙，記與Z7相垂直的直徑為4。在乙與4交點(diǎn)，即幾何中心處定位一個(gè)子孔徑。其余子孔徑中心分別對(duì)準(zhǔn)乙與L2中心，向邊緣延伸，直至子孔徑檢測(cè)超出平面光學(xué)元件范圍。其中子孔徑間的重疊面積為單一子孔徑面積的15%-30%。例如平面光學(xué)元件2為一尺寸為400mmX 400mm的矩形元件，子孔徑排布方式如圖2所示。例如平面光學(xué)元件2為一尺寸為Φ400mm的圓形元件，子孔徑排布方式如圖3所
/Jn ο利用上述裝置進(jìn)行基于稀疏孔徑拼接的平面光學(xué)元件檢測(cè)方法，測(cè)試步驟如下
①將平面光學(xué)元件2固定在XZ平移臺(tái)I上，菲索型干涉儀4對(duì)準(zhǔn)平面光學(xué)元件2的位置；
②調(diào)節(jié)XZ平移臺(tái)I，使菲索型干涉儀4出瞳對(duì)準(zhǔn)平面光學(xué)元件2的上述子孔徑位置之一，菲索型干涉儀4對(duì)該部分進(jìn)行采集計(jì)算，得到該子孔徑面型信息；
③重復(fù)上述步驟③，直到完成全部子孔徑的測(cè)量，可以實(shí)現(xiàn)平面光學(xué)元件2的稀疏子孔徑測(cè)量。根據(jù)所述的基于稀疏孔徑拼接的平面光學(xué)元件檢測(cè)方法，所述的拼接方法是應(yīng)用坐標(biāo)變換，使兩孔徑坐標(biāo)統(tǒng)一起來(lái)，再通過最小二乘法擬合重疊區(qū)相位，計(jì)算兩子孔徑相對(duì)傾斜和位移，使兩孔徑重疊區(qū)相位精確擬合，從而完成兩兩子孔徑的拼接。逐個(gè)兩兩拼接便可完成整個(gè)稀疏子孔徑拼接。
權(quán)利要求
1.一種基于稀疏孔徑拼接的平面光學(xué)元件檢測(cè)方法，其特征在于采用平面光學(xué)元件檢測(cè)裝置進(jìn)行檢測(cè)，所述檢測(cè)裝置包括二維平移臺(tái)、干涉儀和標(biāo)準(zhǔn)平面透鏡，所述標(biāo)準(zhǔn)平面透鏡固定于干涉儀出瞳端，所述二維平移臺(tái)上放置有平面光學(xué)元件，所述干涉儀的出瞳正對(duì)平面光學(xué)元件，使平面光學(xué)元件平行于標(biāo)準(zhǔn)平面透鏡，以便測(cè)量干涉圖像，具體步驟如下 (1)將所述平面光學(xué)元件固定在二維平移臺(tái)上，干涉儀對(duì)準(zhǔn)所述平面光學(xué)元件的位置； (2)調(diào)節(jié)二維平移臺(tái)到達(dá)指定目標(biāo)分布區(qū)域，使干涉儀出瞳對(duì)準(zhǔn)平面光學(xué)元件的幾何中心部分，干涉儀對(duì)該幾何中心部分進(jìn)行采集測(cè)量計(jì)算，得到該子孔徑面型信息； (3)在平面光學(xué)元件邊緣找出距離幾何中心點(diǎn)最遠(yuǎn)點(diǎn)，記該最遠(yuǎn)點(diǎn)與幾何中心點(diǎn)的連接線段為Z ； (4)移動(dòng)二維平移臺(tái)至新位置，使干涉儀出瞳中心對(duì)準(zhǔn)線段Z，并使出瞳對(duì)準(zhǔn)的區(qū)域與步驟(2)所述測(cè)量區(qū)域有部分重疊，對(duì)該部分進(jìn)行采集計(jì)算，得到該子孔徑面型信息； (5)重復(fù)步驟(4)，直到完成全部子孔徑的測(cè)量，即可實(shí)現(xiàn)所述平面光學(xué)元件的稀疏子孔徑測(cè)量； 其中所述部分重疊區(qū)域的面積，由平面光學(xué)元件輪廓、尺寸與干涉儀出瞳尺寸決定。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)方法，其特征在于所述二維平移臺(tái)采用XZ方向平移臺(tái)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)方法，其特征在于所述干涉儀采用菲索型干涉儀。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)方法，其特征在于步驟(2)中移動(dòng)二維平移臺(tái)到達(dá)指定目標(biāo)分布區(qū)域，利用小口徑干涉儀對(duì)所述平面光學(xué)元件的指定目標(biāo)分布區(qū)域，即子孔徑區(qū)域進(jìn)行逐個(gè)檢測(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)方法，其特征在于子孔徑的分布方式采用X型分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)方法，其特征在于所述平面光學(xué)元件為矩形，記兩條對(duì)角線分別為乙與或所述平面光學(xué)元件為圓形，任選一條直徑為4，記與Z7相垂直的直徑為4，在Z7與L2交點(diǎn)，即幾何中心處定位一個(gè)子孔徑，其余子孔徑中心分別對(duì)準(zhǔn)Z7與4中心，向邊緣延伸，直至子孔徑檢測(cè)超出所述平面光學(xué)元件范圍，其中子孔徑間的重疊面積為單一子孔徑面積的15%-30%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于稀疏孔徑拼接的平面光學(xué)元件檢測(cè)方法。子所述檢測(cè)裝置包括二維平移臺(tái)、干涉儀和標(biāo)準(zhǔn)平面透鏡，具體步驟為將所述平面光學(xué)元件固定在二維平移臺(tái)上，干涉儀對(duì)準(zhǔn)所述平面光學(xué)元件的位置；調(diào)節(jié)二維平移臺(tái)到達(dá)指定目標(biāo)分布區(qū)域，使干涉儀出瞳對(duì)準(zhǔn)平面光學(xué)元件的幾何中心部分，干涉儀對(duì)該幾何中心部分進(jìn)行采集測(cè)量計(jì)算，得到該子孔徑面型信息；重復(fù)前述步驟，直到完成全部子孔徑的測(cè)量，即可實(shí)現(xiàn)所述平面光學(xué)元件的稀疏子孔徑測(cè)量。本發(fā)明針對(duì)環(huán)形拋光的平面光學(xué)元件面形具有較高圓對(duì)稱性的特點(diǎn)，通過一定規(guī)則指定檢測(cè)區(qū)域，可達(dá)到不覆蓋全孔徑，快速完成大口徑光學(xué)平面的稀疏孔徑檢測(cè)的目的，為環(huán)形拋光的工序檢驗(yàn)提供一種經(jīng)濟(jì)的檢測(cè)方法。
文檔編號(hào)G01B11/24GK102901462SQ201210362668
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月26日
發(fā)明者沈正祥, 徐旭東, 孫曉雁, 王曉強(qiáng), 馬彬, 程鑫彬, 王占山 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)