[发明专利]基于斜入射的平面度绝对检验方法

权利要求书

1.一种基于斜入射的平面度绝对检验方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将参考透射平晶[2]装夹在数字波面干涉仪[1]的参考面位置，将参考反射平晶[4]装夹在测试面位置，调整参考透射平晶[2]、参考反射平晶[4]，使参考透射平晶[2]的工作面A和参考反射平晶[4]的工作面C发生空腔干涉，利用干涉仪[1]测量并储存空腔波面数据M₁(x，y)；

步骤2：使用十字叉丝标记参考反射平晶[4]的中心，使用干涉仪软件来标记参考透射平晶[2]的中心位置[5]，撤去参考反射平晶[4]，将被测件[3]及参考反射平晶[4]依斜入射光路摆放，调整被测件[3]的位置，使被测件[3]成椭圆像在视场中，且椭圆的中心与参考透射平晶[2]的中心位置[5]重合；调整参考反射平晶[4]的位置，使参考反射平晶[4]的十字叉丝与中心位置[5]重合，移去参考反射平晶[4]的十字叉丝，利用干涉仪[1]测量并储存得到的第一组斜入射波面数据M₂(x，y)，测试后将十字叉丝放回参考透射平面[4]的中心；

步骤3：依面法线方向逆时针旋转被测件[3]，旋转后保持椭圆中心和十字叉丝中心重合，撤去十字叉丝，利用干涉仪[1]测量并储存得到的第二组斜入射波面数据M₃(x，y)；

步骤4：根据上述三个步骤的测量结果，计算得到被测件[3]的被测面B的绝对面形分布。

2.根据权利要求1所述的基于斜入射的平面度绝对检验方法，其特征在于步骤1中，启动干涉仪[1]，将参考透射平晶[2]装夹在干涉仪[1]的参考镜调整架上，干涉仪[1]切换到调整状态，调整参考透射平晶[2]的俯仰和偏摆，使参考透射平晶[2]的工作面A返回的光斑在干涉仪[1]的监视器中央，将参考反射平晶[4]装夹在四维调整架上，调整参考反射平晶[4]的上下左右偏摆及俯仰，使干涉仪[1]切换到测试状态时参考反射平晶[4]的工作面C与参考透射平晶[2]的工作面A的干涉条纹为满口径，工作面A、C的面形偏差分别写成A(x，y)、C(x，y)用干涉仪[1]的干涉测量软件测量并储存空腔波面数据M₁(x，y)：

M₁(x，y)＝A(-x，y)+C(x，y)

3.根据权利要求1所述的基于斜入射的平面度绝对检验方法，其特征在于步骤2中，光线入射到被测面B的入射角为α，被测面B的面形偏差写成B(x，y)，测得的第一组斜入射波面数据M₂(x，y)：

M₂(x，y)＝A(-x，y)+C(-x，y)+2B(x/cosα，y)cosα

4.根据权利要求1所述的基于斜入射的平面度绝对检验方法，其特征在于步骤3中，依被测件[3]的面法线方向将被测件[3]逆时针旋转φ角，调整被测件[3]的上下左右及偏摆俯仰，使被测件[3]成的椭圆像中心与参考透射平晶的中心位置[5]及参考反射平晶[4]的十字叉丝交点重合，撤去参考反射平晶[4]上的十字叉丝，利用干涉仪[1]测量得到第二组斜入射的椭圆波面数据M₃(x，y)：

M₃(x，y)＝A(-x，y)+C(-x，y)+2B^Φ(x/cosα，y)cosα

5.根据权利要求1所述的基于斜入射的平面度绝对检验方法，其特征在于步骤4中，干涉仪[1]的出射波面经被测件[3]反射后投射到参考反射平晶[4]上的光斑形状为椭圆[6]，参考透射平晶[2]参与干涉的面形区域也是椭圆，空腔干涉得到满口径圆形数据区域[7]，采用椭圆掩膜处理该组数据，将该组数据处理为椭圆形：

M₁(x，y)、M₂(x，y)、M₃(x，y)为椭圆形波面，为了使用Zernike多项式分析波面数据，依下式椭圆波面延拓为圆形，

M1′(x,y)=M1(xcosα,y)M2′(x,y)=M2(xcosα,y)M3′(x,y)=M3(xcosα,y)]]>

于是

M1′(x,y)=A′(-x,y)+C′(x,y)M2′(x,y)=A′(-x,y)+C′(-x,y)+2B(x,y)cosαM3′(x,y)=A′(-x,y)+C′(-x,y)+2BΦ(x,y)cosα]]>

式中的A′、C′是由面形偏差A、C经类似的变换得到；

圆形波面F(x，y)经Zernike多项式拟合后，根据Zernike多项式的旋转特性分解成旋转不变量F_r(x，y)和旋转因变量F_θ(x，y)的线性组合，F_r(x，y)和极坐标下的具有如下的性质

Fr(x,y)=Fr(-x,y)=Fr(x,-y)=Fr(-x,-y)=Frφ(x,y)]]>

将M₁′(x，y)、M₂′(x，y)、M₃′(x，y)三组波面用Zernike多项式拟合，得到旋转不变量和旋转因变量，得到以下两组关系

M1r′(x,y)=Ar′(-x,y)+Cr′(x,y)M2r′(x,y)=Ar′(-x,y)+Cr′(-x,y)+2Br(x,y)cosα]]>

M2θ′(x,y)=Aθ′(-x,y)+Cθ′(-x,y)+2Bθ(x,y)cosαM3θ′(x,y)=Aθ′(-x,y)+Cθ′(-x,y)+2BθΦ(x,y)cosα]]>

上式中下标r表示旋转不变量，下标θ表示旋转因变量；

根据Zernike多项式的旋转不变量性质，求得被测面B的旋转不变量，即

Br(x,y)=M2r′(x,y)-M1r′(x,y)2cosα]]>

被测面B的旋转因变量可以由下式开始求解

Bθ(x,y)-BθΦ(x,y)=E(x,y)]]>

其中E(x，y)＝[M_2θ′(x，y)-M_3θ′(x，y)]/2cosα；将E(x，y)用极坐标下的Zernike多项式表示

E(r,θ)=Σn,lRnl(r)[Enlcos(lθ)+En-1sin(lθ)]]]>

旋转因变量B_θ的Zernike多项式系数写成

Bnl=12·[Enl-En-1·sin(lΦ)1-cos(lΦ)]Bn-l=12·[En-1+Enl·sin(lΦ)1-cos(lΦ)]]]>

被测面B的旋转因变量由下式得到

Bθ(r,θ)=Σn,lRnl(r)[Bnlcos(lθ)+Bn-1sin(lθ)]]]>

根据被测面B的旋转不变量B_r以及旋转因变量B_θ得出被测面B的绝对面形分布

B＝B_r+B_θ