一種基于稀疏孔徑拼接的平面光學元件檢測方法技術

本發明專利技術涉及一種基于稀疏孔徑拼接的平面光學元件檢測方法。子所述檢測裝置包括：二維平移臺、干涉儀和標準平面透鏡，具體步驟為：將所述平面光學元件固定在二維平移臺上，干涉儀對準所述平面光學元件的位置；調節二維平移臺到達指定目標分布區域，使干涉儀出瞳對準平面光學元件的幾何中心部分，干涉儀對該幾何中心部分進行采集測量計算，得到該子孔徑面型信息；重復前述步驟，直到完成全部子孔徑的測量，即可實現所述平面光學元件的稀疏子孔徑測量。本發明專利技術針對環形拋光的平面光學元件面形具有較高圓對稱性的特點，通過一定規則指定檢測區域，可達到不覆蓋全孔徑，快速完成大口徑光學平面的稀疏孔徑檢測的目的，為環形拋光的工序檢驗提供一種經濟的檢測方法。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及大口徑平面光學元件面型干涉法測試領域，特別涉及。
技術介紹
現代光學元件的制造是一種動態的集成制造模式，面型測試作為一項重要的反饋和評估指標，對于確保光學元件的制造質量是必不可少的。隨著大型光學元件加工質量要求的不斷提升，其質量標準的內涵也不斷豐富，全口徑、全空間頻率的質量控制成為制造過程的新目標，而全口徑、全空間頻率的面型誤差的檢測也就成了大口徑光學元件的主要目標。子孔徑拼接干涉測量是大口徑光學元件測量的重要技術手段之一，也是世界各國廣泛認同的技術方式。子孔徑拼接干涉測量的原理是，利用小口徑的干涉儀獲取大口徑光 學元件的小部分面型，并通過多孔徑的拼接算法復原全口徑面型。這樣不但保證了干涉測量的高精度，而且免去了使用和全孔徑尺寸相同的標準面，從而大大降低了成本，并同時可以測得大口徑干涉儀所難以測得的中、高頻信息。目前，采用全口徑覆蓋的方式測量大口徑平面，即子孔徑的覆蓋面積大于或等于待測平面。因此，在光學平面尺寸較大時，需要測量的子孔徑數量較多，測量需要較多的時間。這對于交替進行的加工和檢驗來說，在檢驗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拋光工藝加工，通常會形成圓對稱的效果，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，這兩部分對于由面型檢測所關注的PV值、RMS值起了決定性作用。因此，部分子孔徑的測試是非必要的。因此，本專利技術提出一種減少子孔徑數量，拼接檢測大口徑平面光學元件的方法，以達到增加測試效率，并保證一定的測試精度的目的。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服平面子孔徑拼接干涉測量中，現有的全面覆蓋型子孔徑拼接技術檢測效率低的不足，提出，在保證精度的前提下，減少子孔徑數量，從而實現子孔徑拼接干涉檢驗的快速測試。本專利技術提出的，該方法通過按照在最大徑向上測試子孔徑，有效減少了子孔徑測試數量，并利用最小二乘法、坐標變換等數學手段，修正子孔徑間相對傾斜、位移，以實現子孔徑間重疊區域相位精確擬合。其測量裝置包括被測平面、二維平移臺(XZ方向平移臺)、干涉儀(菲索型干涉儀)、作為干涉儀附件的標準平面透鏡。標準平面透鏡放在干涉儀與被測平面之間，調節二維平移臺X與Z軸的平移，使干涉儀出瞳對準被測平面中心區域。再通過調節二維平移臺X與Z軸的轉動，目的讓干涉儀出射波面法線與被測區域法線近似重合，從而使干涉儀出射的參考平面波前與所測區域的平面波前近似重合，這樣入射到被測區域的光線就能夠近似的沿原路返回。干涉儀在此光學表面區域進行干涉測量，得到一個子孔徑。通過調節二維平移臺X與Z軸的平移，到達下一個指定待測區域，即第二個子孔徑，得到第二個子孔徑的測量值，兩子孔徑之間有重疊區，重疊區大小由被測樣品輪廓、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，在重疊區域內兩次檢測得到的波前相位值應該是一樣的，也即兩次檢測相位數據位于同一個面，而實際檢測過程中，因為移動和旋轉導致的傾斜、平移等誤差，重疊區域兩次測量得到的相位值不同，兩個面并不重合。應用坐標變換，使兩孔徑坐標統一起來，再通過最小二乘法擬合重疊區相位，計算兩子孔徑相對傾斜和位移，使兩孔徑重疊區相位精確擬合，從而完成兩子孔徑的拼接。上述專利技術的目的通過以下的方法實現 ，采用平面光學元件檢測裝置進行檢測，所述檢測裝置包括二維平移臺、干涉儀和標準平面透鏡，所述標準平面透鏡固定于干涉儀出瞳端，所述二維平移臺上放置有平面光學元件，所述干涉儀的出瞳正對平面光學元件，使平面光學元件平行于標準平面透鏡，以便測量干涉圖像，具體步驟如下 (I)將所述平面光學元件固定在二維平移臺上，干涉儀對準所述平面光學元件的位置； (2)調節二維平移臺到達指定目標分布區域，使干涉儀出瞳對準平面光學元件的幾何中心部分，干涉儀對該幾何中心部分進行采集測量計算，得到該子孔徑面型信息； (3)在平面光學元件邊緣找出距離幾何中心點最遠點，記該最遠點與幾何中心點的連接線段為Z ； (4)移動二維平移臺至新位置，使干涉儀出瞳中心對準線段Z，并使出瞳對準的區域與步驟(2)所述測量區域有部分重疊，對該部分進行采集計算，得到該子孔徑面型信息； (5)重復步驟(4)，直到完成全部子孔徑的測量，即可實現所述平面光學元件的稀疏子孔徑測量； 其中所述部分重疊區域的面積，由平面光學元件輪廓、尺寸與干涉儀出瞳尺寸決定。本專利技術中，所述二維平移臺采用XZ方向平移臺。本專利技術中，所述干涉儀采用菲索型干涉儀。本專利技術中，步驟(2)中移動二維平移臺到達指定目標分布區域，利用小口徑干涉儀對所述平面光學元件的指定目標分布區域，即子孔徑區域進行逐個檢測。本專利技術中，子孔徑的分布方式采用X型分布。本專利技術中，所述平面光學元件為矩形，記兩條對角線分別為乙與4 ;或所述平面光學元件為圓形，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，即幾何中心處定位一個子孔徑，其余子孔徑中心分別對準Z7與&中心，向邊緣延伸，直至子孔徑檢測超出所述平面光學元件范圍，其中子孔徑間的重疊面積為單一子孔徑面積的15%-30%。本專利技術的有益效果在于本專利技術針對環形拋光的平面光學元件面形具有較高圓對稱性的特點，通過一定規則指定檢測區域，可達到不覆蓋全孔徑，快速完成大口徑光學平面的稀疏孔徑檢測的目的，為環形拋光的工序檢驗提供一種經濟的檢測方法。附圖說明 圖I是本專利技術平面光學元件干涉檢測裝置的俯視圖。圖2是一尺寸為400mmX400mm的矩形平面光學元件的子孔徑排布圖。圖3是為一尺寸為Φ400_的圓形平面光學元件的子孔徑排布圖。圖中標號1為二維平移臺，2為平面光學元件，3為標準平面透鏡，4為干涉儀。 具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本專利技術進行詳細說明。實施例I :其結構如圖I所示，該裝置包括二維(XZ)平移臺I、標準平面透鏡3、菲索型干涉儀4， 標準平面透鏡3固定在菲索型干涉儀4出瞳端，同時，平面光學元件2置于XZ平移臺I上，從而可以調節平面光學元件2的位置，小口徑干涉儀4的出瞳正對平面光學元件2，調節XZ平移臺I的X與Z方向的旋轉，使平面光學元件2平行于標準平面透鏡3，以便測量干涉圖像。若平面光學元件2為矩形，記兩條對角線分別為Z7與“;若平面光學元件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，即幾何中心處定位一個子孔徑。其余子孔徑中心分別對準乙與L2中心，向邊緣延伸，直至子孔徑檢測超出平面光學元件范圍。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利用上述裝置進行基于稀疏孔徑拼接的平面光學元件檢測方法，測試步驟如下 ①將平面光學元件2固定在XZ平移臺I上，菲索型干涉儀4對準平面光學元件2的位置； ②調節XZ平移臺I，使菲索型干涉儀4出瞳對準平面光學元件2的上述子孔徑位置之一，菲索型干涉儀4對該部分進行采集計算，得到該子孔徑面型信息； ③重復上述步驟③，直到完成全部子孔徑的測量，可以實現平面光學元件2的稀疏子孔徑測量。根據所述的基于稀疏孔徑拼接本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于稀疏孔徑拼接的平面光學元件檢測方法，其特征在于采用平面光學元件檢測裝置進行檢測，所述檢測裝置包括二維平移臺、干涉儀和標準平面透鏡，所述標準平面透鏡固定于干涉儀出瞳端，所述二維平移臺上放置有平面光學元件，所述干涉儀的出瞳正對平面光學元件，使平面光學元件平行于標準平面透鏡，以便測量干涉圖像，具體步驟如下：(1)將所述平面光學元件固定在二維平移臺上，干涉儀對準所述平面光學元件的位置；(2)調節二維平移臺到達指定目標分布區域，使干涉儀出瞳對準平面光學元件的幾何中心部分，干涉儀對該幾何中心部分進行采集測量計算，得到該子孔徑面型信息；(3)在平面光學元件邊緣找出距離幾何中心點最遠點，記該最遠點與幾何中心點的連接線段為L；(4)移動二維平移臺至新位置，使干涉儀出瞳中心對準線段L，并使出瞳對準的區域與步驟(2)所述測量區域有部分重疊，對該部分進行采集計算，得到該子孔徑面型信息；(5)重復步驟(4)，直到完成全部子孔徑的測量，即可實現所述平面光學元件的稀疏子孔徑測量；其中：所述部分重疊區域的面積，由平面光學元件輪廓、尺寸與干涉儀出瞳尺寸決定。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：沈正祥，徐旭東，孫曉雁，王曉強，馬彬，程鑫彬，王占山，
申請(專利權)人：同濟大學，
類型：發明
國別省市：