[发明专利]一种基于干涉测量及灵敏度矩阵的计算机辅助装调方法

说明书

本发明公开了一种基于干涉测量及灵敏度矩阵的计算机辅助装调方法，首先在待测件沿光轴方向扫描过程中的每一个预设位置，利用高精度位移装置，使得待测件的四个失调量产生已知的变化量，然后将这些变化量与干涉仪测得的相位的Zernike系数联系起来，建立该位置的灵敏度矩阵，接着根据测得相位计算元件的失调量，最后根据失调量进行干涉仪的装调。本发明方法降低了理想模型不符合实际对计算失调量的影响，有效减少了工作量。

技术领域

本发明属于计算机辅助装调领域，具体涉及一种基于干涉测量及灵敏度矩阵的计算机辅助装调方法。

背景技术

现代光学研究中，非球面元件具有矫正像差、改善像质、扩大视场和简化光路等作用，应用极为广泛。相比于轮廓法等测量手段，用干涉的方法检测非球面精度更高，但对干涉仪装调的要求也很高。

传统的装调主要依靠人工，精度偏差较大而且不够稳定。计算机辅助装调技术是近年来兴起的自动装调技术，在光学领域的背景下，它与干涉仪、波前传感器等光学仪器相结合，产生了更多变化。目前绝大多数光学领域的计算机辅助装调方法，都是先在光学软件中建立出整个系统的模型，模拟需要装调元件的失调量与对应干涉相位的关系。当失调量非常小时，从模拟的结果中可以看出相位的改变量与元件失调量存在线性的关系，因此一部分研究者利用灵敏度矩阵进行矩阵运算，得到当前相位下的位置失调量辅助装调。还有小部分研究者通过人工神经网络等方法，让电脑自主学习，进行复杂的计算来辅助装调。这些方法的优点是在装调前就计算好灵敏度矩阵，但缺点是需要大量的计算，而且计算好的灵敏度矩阵与实际情况下的灵敏度矩阵差别较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于干涉测量及灵敏度矩阵的计算机辅助装调方法，减小了理想模型与现实系统不符对装调精度的影响，获得了更加精准的装调效果。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于干涉测量及灵敏度矩阵的计算机辅助装调方法，用于装调扫描干涉仪的待测元件，步骤如下：

步骤一、粗装调：

把整个干涉系统调整到初始测量位置，将待测非球面固定在四维调整架上，调整四维调整架至干涉仪图像采集窗口出现同心圆环形干涉条纹，此时认为粗装调完成；

步骤二、移动促动器并记录相位：

进行四步移相得到初始相位信息w0；

对控制X轴方向平移的促动器进行四次同方向同位移的移动，每次位移为d，在促动器每次移动后经过四步移相得到对应的相位信息W_j，其中j＝1,2,3,4；

四次移动控制绕X轴旋转的促动器，每次位移为d，在促动器每次移动后经过四步移相得到对应的相位信息W_k，其中k＝5,6,7,8；

步骤三、拟合得到Zernike系数：

得到9组相位信息后，分别对每组相位进行Zernike多项式拟合，得到前37项系数至选择第2、3、7和8总共四项系数其中i＝0,1,2…8；

步骤四、求解灵敏度矩阵的逆矩阵：

得到9组后，即得到9个一维矩阵Z_i,如下所示：

其中i＝0,1,2…8,表示Z_i的转置矩阵；

取Z₁到Z₄分别与Z₀相减，即：

Z_j-Z₀＝Z_j-0

其中j＝1,2,3,4，得到矩阵Z_d如下：