[发明专利]一种剪切错位绝对测量的相位测量偏折术方法

说明书

本发明提出了一种剪切错位绝对测量的相位测量偏折术(PMD)方法。该方法一共需要对待测元件进行四次PMD测量，除了需要对待测元件表面进行一次传统的PMD测量外，其它三次测量是在将待测元件平移和旋转到三个特定状态之后再对其表面进行测量。这样可以获得四次测量数据，从而有三个重叠区域。分别计算每个重叠区域上的面形差，然后使用Zernike多项式差来拟合每个重叠区域上的面形差。最后利用最小二乘算法求出Zernike多项式的系数，并重建出待测元件表面面形。该方法提高了PMD系统的测试精度。

技术领域

本发明涉及了一种剪切错位绝对测量的相位测量偏折术来实现平面光学元件面形的测量的方法。

背景技术

针对元件的面形检测，对目前世界上比较流行的检测方法：静态平面干涉仪，动态偏振相移干涉仪，偏振相移径向剪切干涉仪三种干涉测量方法，基于Fizeau 型相移干涉的拼接技术，Ritchey-Common检测法，扫描五棱镜法，哈特曼子孔径拼接技术，相位测量偏折术进行了介绍。在这些方法中，干涉测量作为一种非接触的高精度光学检测方法已经有超过100年的历史，然而，干涉测量动态范围小，其对环境比较敏感,在元件斜率变化较大的边缘难以得到较好的数据，使其的应用受到了限制。而且大多数干涉测量系统要求光学器件加工并校准到非常高的精度。这使得干涉测量非常不灵活并且价格昂贵。除了直接测量光程差的干涉测量技术，人们同样可以通过测量光束的偏折来实现元件的高精度面形测量。在目前，比较流行的光束偏折量的测量方法是由等人和Peng Su等人提出的相位测量偏折术。

使用PMD系统实现绝对测量在应用领域是十分关键的，为了从相位中得到待测元件的斜率分布，需要对测量系统进行标定，它包括三个步骤：显示器的标定，摄像机标定和系统的几何结构标定。然而，PMD系统的测试精度很容易受到系统标定精度的影响，三个步骤中的任何标定误差都会在测量中引入系统误差。为了提高相位测量偏折术的测试精度，使其能够和干涉仪测试精度相当，通常一个参考元件被精确的调整到被测元件的位置上，并使用PMD测试系统进行测量。通过从PMD系统测出的待测元件面形中减去参考元件面形来扣除系统误差。如果不补偿参考镜本身的面形误差，就需要参考镜的面形精度很高，如果补偿参考镜的面形误差，就需要提前对参考镜的面形误差使用其他方法进行标定。这种方法限定了PMD测试系统本身的灵活性。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提出了一种剪切错位绝对测量的相位测量偏折术来实现平面光学元件面形的测量的方法。该方法提高了PMD系统的测试精度，具体步骤如下所示：

步骤一：测得特定位置状态下的四个叠加面形分布

将一个任意的待测元件表面进行PMD测量，得到原始叠加面形。然后分别使待测元件沿三个方向先进行平移再旋转，并保证经过平移和旋转过后得到的任意两个状态的位移角度都等于同一角度，且三个移动方向上的位移大小相等。并记录下三个状态下的叠加面形分布。此时共有四次测量数据，所以可得到三个重叠区域。

步骤二：分别计算每个重叠区域的面形差

在每个重叠区域上，将对应状态的叠加面形分布减去原始叠加面形分布。得到剪切方程。

步骤三：计算Zernike多项式系数，并重建待测元件表面面形。

在步骤二中剪切方程的面形差用Zernike多项式差来拟合。然后用最小二乘法计算出Zernike多项式系数，最后根据计算出的系数重建出待测元件表面面形。

附图说明

图1原始位置和移动后的位置示意图。

图2本发明的结构图。

具体实施方式