[发明专利]一种基于稀疏孔径拼接的平面光学元件检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及大口径平面光学元件面型干涉法测试领域，特别涉及一种基于稀疏孔径拼接的平面光学元件检测方法。

背景技术

现代光学元件的制造是一种动态的集成制造模式，面型测试作为一项重要的反馈和评估指标，对于确保光学元件的制造质量是必不可少的。随着大型光学元件加工质量要求的不断提升，其质量标准的内涵也不断丰富，全口径、全空间频率的质量控制成为制造过程的新目标，而全口径、全空间频率的面型误差的检测也就成了大口径光学元件的主要目标。

子孔径拼接干涉测量是大口径光学元件测量的重要技术手段之一，也是世界各国广泛认同的技术方式。子孔径拼接干涉测量的原理是，利用小口径的干涉仪获取大口径光学元件的小部分面型，并通过多孔径的拼接算法复原全口径面型。这样不但保证了干涉测量的高精度，而且免去了使用和全孔径尺寸相同的标准面，从而大大降低了成本，并同时可以测得大口径干涉仪所难以测得的中、高频信息。

目前，采用全口径覆盖的方式测量大口径平面，即子孔径的覆盖面积大于或等于待测平面。因此，在光学平面尺寸较大时，需要测量的子孔径数量较多，测量需要较多的时间。这对于交替进行的加工和检验来说，在检验步骤上大大降低了效率。

大口径高精度平面元件大多采用连续抛光工艺加工，通常会形成圆对称的效果，且影响面型精度的所在方位集中在中间和边缘，即中心突出（或中心凹陷）、边缘塌边或边缘翘边的面型特征，这两部分对于由面型检测所关注的PV值、RMS值起了决定性作用。因此，部分子孔径的测试是非必要的。

因此，本发明提出一种减少子孔径数量，拼接检测大口径平面光学元件的方法，以达到增加测试效率，并保证一定的测试精度的目的。

发明内容

本发明的目的在于克服平面子孔径拼接干涉测量中，现有的全面覆盖型子孔径拼接技术检测效率低的不足，提出一种基于稀疏孔径拼接的平面光学元件检测方法，在保证精度的前提下，减少子孔径数量，从而实现子孔径拼接干涉检验的快速测试。

本发明提出的一种基于稀疏孔径拼接的平面光学元件检测方法，该方法通过按照在最大径向上测试子孔径，有效减少了子孔径测试数量，并利用最小二乘法、坐标变换等数学手段，修正子孔径间相对倾斜、位移，以实现子孔径间重叠区域相位精确拟合。其测量装置包括被测平面、二维平移台（XZ方向平移台）、干涉仪（菲索型干涉仪）、作为干涉仪附件的标准平面透镜。

标准平面透镜放在干涉仪与被测平面之间，调节二维平移台X与Z轴的平移，使干涉仪出瞳对准被测平面中心区域。再通过调节二维平移台X与Z轴的转动，目的让干涉仪出射波面法线与被测区域法线近似重合，从而使干涉仪出射的参考平面波前与所测区域的平面波前近似重合，这样入射到被测区域的光线就能够近似的沿原路返回。干涉仪在此光学表面区域进行干涉测量，得到一个子孔径。通过调节二维平移台X与Z轴的平移，到达下一个指定待测区域，即第二个子孔径，得到第二个子孔径的测量值，两子孔径之间有重叠区，重叠区大小由被测样品轮廓、尺寸与干涉仪出瞳尺寸决定，这样就得到待拼接的两子孔径。理论上，在重叠区域内两次检测得到的波前相位值应该是一样的，也即两次检测相位数据位于同一个面，而实际检测过程中，因为移动和旋转导致的倾斜、平移等误差，重叠区域两次测量得到的相位值不同，两个面并不重合。应用坐标变换，使两孔径坐标统一起来，再通过最小二乘法拟合重叠区相位，计算两子孔径相对倾斜和位移，使两孔径重叠区相位精确拟合，从而完成两子孔径的拼接。

上述发明的目的通过以下的方法实现：

一种基于稀疏孔径拼接的平面光学元件检测方法，采用平面光学元件检测装置进行检测，所述检测装置包括二维平移台、干涉仪和标准平面透镜，所述标准平面透镜固定于干涉仪出瞳端，所述二维平移台上放置有平面光学元件，所述干涉仪的出瞳正对平面光学元件，使平面光学元件平行于标准平面透镜，以便测量干涉图像，具体步骤如下：

(1)将所述平面光学元件固定在二维平移台上，干涉仪对准所述平面光学元件的位置；

 (2)调节二维平移台到达指定目标分布区域，使干涉仪出瞳对准平面光学元件的几何中心部分，干涉仪对该几何中心部分进行采集测量计算，得到该子孔径面型信息；

(3)在平面光学元件边缘找出距离几何中心点最远点，记该最远点与几何中心点的连接线段为L；

(4)移动二维平移台至新位置，使干涉仪出瞳中心对准线段L，并使出瞳对准的区域与步骤(2)所述测量区域有部分重叠，对该部分进行采集计算，得到该子孔径面型信息；