[发明专利]横向相减差动共焦超大曲率半径测量方法

权利要求书

1.横向相减差动共焦超大曲率半径测量方法，其特征在于：包括以下步骤，

a)打开点光源(1)，点光源(1)发出的光透过分束镜(2)、准直透镜(3)和平行平晶(4)后照射在被测球面元件(6)；

b)调整被测球面元件(6)使其与平行平晶(4)和准直透镜(3)共光轴，使准直透镜(3)出射的平行光束经平行平晶(4)和被测球面元件(6)后汇聚成测量光束(5)射向平行平晶(4)的A面，平行平晶(4)的A面又将汇聚成测量光束(5)反射至被测球面元件(6)，从而使平行平晶(4)的A面与被测球面元件(6)的测量面之间形成反射腔，经被测球面元件(6)反射的平行光束又透过平行平晶(4)和准直透镜(3)后被分束镜(2)反射进入到横向相减差动共焦探测系统(7)，形成焦后测量艾里斑(16)后被焦后CCD探测器(12)探测；所述横向相减差动共焦探测系统(7)由分光镜(8)、焦前显微物镜(9)、焦前CCD探测器(10)、焦后显微物镜(11)和焦后CCD探测器(12)组成；测量光束(5)形成焦前测量艾里斑(13)后被焦前CCD探测器(10)探测；主控计算机(30)中的测量软件，通过图像采集系统(29)获得由焦前CCD探测器(10)和焦后CCD探测器(12)分别采集到的焦前测量艾里斑(13)和焦后测量艾里斑(16)；

c)沿光轴方向移动被测球面元件(6)使测量光束(5)在反射腔内经过n次反射后聚焦到平行平晶(4)的C面的A点位置，在所述A点位置附近轴向扫描被测球面元件(6)，将横向相减差动共焦探测系统(7)中焦前大虚拟针孔探测域(14)探测的焦前大虚拟针孔探测共焦特性曲线(19)I_B1(z,-u_M)和焦前小虚拟针孔探测域(15)探测的焦前小虚拟针孔探测共焦特性曲线(20)I_S1(z,-u_M)进行相减处理得到半高宽压缩的焦前横向相减锐化共焦特性曲线(21)I₁(z,-u_M)＝I_S1(z,-u_M)-γI_B1(z,-u_M)，将横向相减差动共焦探测系统(7)中焦后大虚拟针孔探测域(17)探测的焦后大虚拟针孔探测共焦特性曲线(22)I_B2(z,+u_M)和焦后小虚拟针孔探测域(18)探测的焦后小虚拟针孔探测共焦特性曲线(23)I_S2(z,+u_M)进行相减处理得到半高宽压缩的焦后横向相减锐化共焦特性曲线(24)I₂(z,+u_M)＝I_S2(z,+u_M)-γI_B2(z,+u_M)，其中z为轴向坐标，γ为调节因子，u_M为焦前CCD探测器(10)偏离焦前显微物镜(9)焦平面的距离M的归一化距离，也是焦后CCD探测器(12)偏离焦后显微物镜(11)焦平面的距离M的归一化距离；

d)将焦后横向相减锐化共焦特性曲线(24)I₂(z,+u_M)和焦前横向相减锐化共焦特性曲线(21)I₁(z,-u_M)进行差动相减即得到轴向高灵敏的离散横向相减差动共焦特性曲线(25)I_D(z)：

I_D(z)＝I₂(z,+u_M)-I₁(z,-u_M)(1)

通过离散横向相减差动共焦特性曲线(25)I_D(z)的拟合直线零点(28)来精确确定汇聚测量光束(5)聚焦的焦点位置A，进而得到被测球面元件(6)的位置Z_n；

大虚拟针孔探测域、小虚拟针孔探测域探测共焦特性曲线的获取和优化方法为：在焦前CCD探测器(10)探测焦前测量艾里斑(13)的每帧图像上选取一个预定大小的同心圆域，对大圆域内的每个像素光强进行积分得到一条共焦强度响应曲线I_B(z)，对小圆域内的每个像素光强积分得到一条共焦强度响应曲线I_S(z)，然后将I_B(z)和I_S(z)进行相减处理得到横向相减共焦响应曲线I(z,u_M)＝I_S(z,u_M)-γI_B(z,u_M)，改变调节因子γ实现共焦特性曲线的优化；

e)沿光轴方向相向移动被测球面元件(6)，使测量光束(5)在反射腔内经过m次反射，聚焦到反射腔的表面附近，其中，m≠n，在该位置附近轴向扫描被测球面元件(6)，由横向相减差动共焦探测系统(7)通过处理测得的焦前测量艾里斑(13)得到焦前横向相减锐化共焦特性曲线(21)，通过处理测得的焦后测量艾里斑(16)得到焦后横向相减锐化共焦特性曲线(24)，通过焦前横向相减锐化共焦特性曲线(21)和焦后横向相减锐化共焦特性曲线(24)的差动相减处得到与被测球面元件(6)的表面B点附近对应的横向相减差动共焦特性曲线(26)，最后通过横向相减差动共焦特性曲线(26)的线性拟合零点来精确确定被测球面元件(6)的表面位置B，记录此时被测球面元件(6)的位置z_m；

f)根据记录的被测球面元件(6)位置z_n及z_m之间的距离d_m-n，以及由几何光学计算得到的曲率半径r与焦点位置距离d_m-n之间的比例系数得被测表面的曲率半径：