[发明专利]基于虚拟牛顿环的大曲率半径非零位干涉测量方法及装置

权利要求书

1.一种基于虚拟牛顿环的球面大曲率半径非零位测量方法，其特征在于，球面镜曲率半径测量检测步骤为：

步骤1、采集待测球面(7)的牛顿环干涉图T(x,y)；

步骤2、通过球面曲率半径非零位检测ZEMAX模型仿真标准球面曲率半径为R₀的回程误差W_retrace并代入标准牛顿环干涉图的仿真波面数据中，仿真得到标准牛顿环干涉图T₀(x,y)：

T₀(x,y)＝A₀(x,y)+B₀(x,y)cos[2πf₀(x²+y²)]

A₀(x,y)为笛卡尔坐标下标准牛顿环干涉图的背景光强，B₀(x,y)为笛卡尔坐标下标准牛顿环干涉图的干涉条纹对比度，f₀为笛卡尔坐标下标准牛顿环干涉图的线载频系数，(x,y)为笛卡尔坐标下待测球面(7)的牛顿环干涉图上任意一点的坐标；

步骤3、将笛卡尔坐标系下的待测球面(7)的牛顿环干涉图T(x,y)和标准牛顿环干涉图T₀(x,y)转换为二阶极坐标系下的干涉图：

待测牛顿环干涉图：T(ρ,θ)＝A(ρ,θ)+B(ρ,θ)cos(2πf_cρ)

标准牛顿环干涉图：T₀(ρ,θ)＝A₀(ρ,θ)+B₀(ρ,θ)cos(2πf₀ρ)

A(ρ,θ)为二阶极坐标下待测牛顿环干涉图的背景光强，B(ρ,θ)为二阶极坐标下待测牛顿环干涉图的干涉条纹对比度，f_c为二阶极坐标下待测牛顿环干涉图的线载频系数；(ρ,θ)为二阶极坐标系下待测球面(7)的牛顿环干涉图上任意一点的极坐标；

A₀(ρ,θ)为二阶极坐标下标准牛顿环干涉图的背景光强，B₀(ρ,θ)为二阶极坐标下标准牛顿环干涉图的干涉条纹对比度，f₀为二阶极坐标下标准牛顿环干涉图的线载频系数；

步骤4、叠加莫尔条纹后通过低通滤波得到低频莫尔条纹图，光强S(ρ,θ)表达式如下：

S(ρ,θ)＝A'(ρ,θ)+B'(ρ,θ)·cos[2πρ(f_c-f₀)]

其中，A'(ρ,θ)为二阶极坐标下的背景光强，B'(ρ,θ)为二阶极坐标下的对比度，f_c-f₀为二阶极坐标下低频莫尔条纹图的线载频系数；

步骤5、将二阶极坐标下的低频莫尔条纹图通过傅里叶变换相位解调法恢复出波面数据，并将其转换为笛卡尔坐标系下的波前差分数据，求取待测球面(7)的曲率半径R_i：

w₀(x,y)为笛卡尔坐标系下标准球面与参考平面之间的空气间隔的厚度，w(x,y)为笛卡尔坐标系下待测球面与参考平面之间的空气间隔的厚度；R₀为标准球面的曲率半径，(x,y)为笛卡尔坐标系下待测球面(7)的牛顿环干涉图上任意一点的坐标；

步骤6、将待测球面(7)的曲率半径R_i代入球面曲率半径非零位检测ZEMAX模型中，求取回程误差W_retrace_i，当本次循环得到的待测球面(7)曲率半径与上次循环得到的待测球面(7)曲率半径之大于等于50mm时，返回步骤2；否则终止循环，得到待测球面(7)的曲率半径R_out。

2.基于权利要求1所述的基于虚拟牛顿环的球面大曲率半径非零位测量方法的装置，其特征在于，步骤1中，采集待测球面(7)的牛顿环干涉图T(x,y)的装置如下：

包括偏振稳频氦氖激光器(1)、凸透镜(2)、空间滤波器(3)、分光镜(4)、准直系统(5)、标准镜(6)、成像系统(8)和CCD探测器(9)，其中，共光轴依次设置偏振稳频氦氖激光器(1)、凸透镜(2)、空间滤波器(3)、分光镜(4)、准直系统(5)、标准镜(6)和待测球面(7)，成像系统(8)和CCD探测器(9)共光轴设置在分光镜(4)的反射光路上；所有光学元件相对于基底同轴等高；由偏振稳频氦氖激光器(1)发出一束单色光，经凸透镜(2)会聚，通过空间滤波器(3)滤波，入射至分光镜(4)，经分光镜(4)分为透射光和反射光，透射光入射至准直系统(5)，形成准直光束，准直光束进入标准镜(6)后，部分准直光束经过标准镜(6)的后表面反射，形成标准光，另一部分准直光束通过标准镜(6)入射至待测球面(7)，经待测球面(7)的前表面反射，形成测试光，标准光与测试光均沿入射光路返回，经过分光镜(4)反射进入成像系统(8)，在CCD探测器(9)靶面上成像，CCD探测器(9)靶面上记录的图像灰度信息，即为待测球面(7)的牛顿环干涉图T(x,y)。