[发明专利]基于区域定位拟合算法的数字莫尔移相干涉面形测量方法

说明书

本发明公开了一种基于区域定位拟合算法的数字莫尔移相干涉面形测量方法，包括：建立虚拟干涉仪，在虚拟干涉仪的像面上得到理想系统剩余波前，并进行求解错误区域的预标记；获取实际干涉仪中的单幅实际干涉图；采用数字莫尔移相干涉方法进行面形误差求解，得到带有求解错误区域的面形误差；选取求解正确区域内的数据进行面形误差的拟合，得到拟合系数；利用拟合系数重建面形误差，最终得到不含求解错误区域的面形误差结果。本发明解决了采用数字莫尔移相干涉方法在大剩余像差波前时出现求解错误的问题，扩展数字莫尔移相方法的测量动态范围至与传统移相方法相当，同时保持了原有数字莫尔移相干涉方法实时、抗振、高精度的优点。

技术领域

本发明涉及激光干涉法测量非球面面形，属于光电检测技术领域，具体而言，本发明涉及一种基于区域定位拟合算法的数字莫尔移相干涉面形测量方法，旨在利用基于区域定位拟合算法的数字莫尔移相干涉面形测量方法实现瞬时、抗振、高精度的非球面面形检测。

背景技术

与光学球面相比，非球面具有更多的表面自由度，可以极大地提高系统集成度，减轻系统质量，同时提高系统的成像质量，甚至可以达到衍射极限，在航空航天、军事、民用等现代光学系统中应用越来越广泛。但因为其复杂的面型，高精度的非球面检测一直是光学检测领域的一大难题。

目前常用的非球面面形检测方法主要分为两类：接触式和非接触式测量方法。接触式方法采用专用探头对非球面进行点对点扫描式的测量，不可避免会对表面造成划伤，且测量速度慢，测量环境要求高。非接触式测量的主要方法是光学测量方法，其主要优点是瞬时、非接触。基于激光干涉检测的补偿法是目前最高精度的非接触检测手段之一，该方法通过设计补偿器补偿非球面产生的像差，将非球面的检测转化为平面或者球面表面的干涉检测，可以达到纳米级的检测精度。

补偿法可以进一步分为零补偿和非零补偿检测方法。零补偿法使用的补偿器完全补偿非球面的像差，补偿器结构复杂，设计与加工难度大、成本高。非零补偿法使用的补偿器部分补偿非球面的像差，补偿器结构简单，但由于剩余像差的存在，检测精度一般低于零补偿法。为了消除剩余像差的影响，提高非零补偿法的检测精度，研究者提出了许多改进的检测方法，其中数字莫尔移相干涉法(文献《用于数字莫尔干涉术的莫尔滤波合成法》，郝群等，P2)是一种无需移相机构、瞬时、高精度的非零补偿方法。数字莫尔移相干涉法通过软件建立虚拟干涉仪模型，使用模型生成的虚拟干涉图与实际干涉图进行莫尔合成，消除了剩余像差的影响，可以实现高精度的面形误差解算。

数字莫尔移相干涉法的检测原理如下：首先使用虚拟干涉图与实际干涉图进行莫尔合成得到莫尔合成图。图1(a)以莫尔合成图的一维频谱图为例，图中中央蓝色区域为莫尔合成图的差频项频谱(面形误差频谱)，两侧黄色区域为和频项频谱(剩余像差频谱)，f_n为干涉图中附加平面载波频率，f_N为探测器最高采样频率。通过在实际干涉图和虚拟干涉图中加入相同的、频率为f_C/2平面载波，使得莫尔合成频谱图中的差频项频谱中心位于零频附近，而和频项频谱中心位于f_C处，故和频与差频项在频谱图中得以分离，之后通过虚线框所示的低通滤波器提取差频项，通过算法处理即可求得被测面面形误差。