[发明专利]一种消除单幅干涉条纹波面恢复中的符号模糊问题的方法

权利要求书

1.一种消除单幅干涉条纹波面恢复中的符号模糊问题的方法，其特征在于，所述方法在待测光学元件面形前引入比待测光学元件面形口径小的光阑，以测量局部波前的导致的光点偏转情况，从而确定所述局部波前的倾斜方向，根据所述局部波前的倾斜方向确定波前的凹凸情况，从而确定从单幅干涉条纹恢复的波前的符号；

所述方法应用于共光路或非共光路干涉测量系统进行镜面面形恢复时，包括：

S1利用共光路或非共光路采集待测光学元件的干涉条纹；

S2在所述共光路或非共光路中的待测光学元件面形前引入比待测光学元件面形口径小的光阑，以测量局部波前的光点；

S3根据S1采集到的干涉条纹计算得到拟合的面形，并在得到的拟合的面形上选取与S2中光点对应的局部区域，计算其对应的点扩散函数，与S2中局部波前的光点的偏移方向进行比较，最终确定拟合的面形的符号；

所述共光路或非共光路均包括：激光器、第一透镜、分光器、待测镜面、参考镜、第二透镜、第一光阑和第一相机；

利用非共光路采集待测光学元件的干涉条纹，包括：激光器发出的光经过第一透镜后变为平行光；到达分光器后，一部分透射，一部分反射，反射的部分到达参考镜；而透过分光器的部分到达待测光学元件镜面；被参考镜和待测光学元件镜面反射的光分别沿原路返回相干涉，干涉图经过第二透镜和第一光阑成像在第一相机上，得到干涉条纹；

所述S2中引入的比待测光学元件面形口径小的光阑为第二光阑；所述S2中测量局部波前的光点，还包括在共光路或非共光路的基础上再引入挡板、反射镜、第三透镜和第二相机；

所述挡板用于遮挡从参考镜透射过的光，使其不再原路返回；所述参考镜的反射光再回到分光器后，并经过分光器和反射镜反射后，被第三透镜聚焦成像在第二相机上，得到平面波在第二相机上的光点图，光点图处于第二相机的中心；当移开参考镜和挡板后，第二相机上得到的从光点图为待测光学元件镜面局部反射光的光点图。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据S1采集到的干涉条纹计算得到拟合的面形，包括：

Step1干涉条纹的正则化，去掉干涉条纹的背景光，将干涉条纹亮暗变化的振幅归一化；

Step2对正则化后的干涉条纹进行处理，寻找干涉条纹峰值和谷值的部分；

Step3根据所得到干涉条纹的峰值线、谷值线，将干涉图划分成不同的区域，逐行、逐列对每个像素进行奇偶赋值处理；

Step4利用干涉理论推导出的光强和相位模型，正则化后的干涉图转换成0到π的相位分布图；再根据Step3得到的每个像素的奇偶值，对干涉图分区域进行翻转处理，得到-π到π的相位分布图，进一步通过位移得到0到2π的相位分布图；

Step5对所得到的0到2π的相位分布图进行处理：

当相邻像素的相位差超过π，则对相位进行2π的平移；

Step6利用Zernike多项式，对解包裹得到的相位分布进行拟合，得到拟合的面形。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜和第三透镜均采用工作波长相同，且表面镀有增透膜、口径相同的准直透镜。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一光阑和第二光阑，均采用1mm到10mm连续调节的小孔光阑。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一光阑位于第二透镜的焦平面上，用于滤除杂光；第二光阑紧邻于待测光学元件镜面，第二光阑的直径控制到光束直径的约1/4到1/3以内。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述参考镜表面面形的均方根rms误差低于λ/50，λ为激光器所发出光的波长。

7.一种基于单幅干涉条纹高精度地恢复波面的方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1-6任一所述的方法确定从单幅干涉条纹恢复的波面的符号。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法在利用共光路或非共光路采集待测光学元件的干涉条纹后，执行下述步骤：

(1)干涉条纹的正则化，去掉干涉条纹的背景光，将干涉条纹亮暗变化的振幅归一化；

(2)对正则化后的干涉条纹进行处理，寻找干涉条纹峰值和谷值的部分；

(3)根据所得到干涉条纹的峰值线、谷值线，将干涉图划分成不同的区域，逐行、逐列对每个像素进行奇偶赋值处理；

(4)利用干涉理论推导出的光强和相位模型，正则化后的干涉图转换成0到π的相位分布图；再根据(3)得到的每个像素的奇偶值，对干涉图分区域进行翻转处理，得到-π到π的相位分布图，进一步通过位移得到0到2π的相位分布图；

(5)对所得到的0到2π的相位分布图进行处理：

如果相邻像素的相位差超过π，则对相位进行2π的平移；

(6)利用Zernike多项式，对解包裹得到的相位分布进行拟合，得到拟合的面形；

(7)对拟合得到的波面除以2，得到的结果即为待测光学元件的面形；

(8)采用引入比待测光学元件面形口径小的光阑后的共光路或非共光路，测量局部波前的光点；

(9)在(7)得到的面形图上选取对应的局部区域，计算对应的点扩散函数；并与(8)中得到的光点偏移方向进行比较，如果实际测量的光点和理论计算的光点偏移方向一致，则说明得到的解是正确的，否则得到的面形与实际面形是相反的，则对波前相位取负号，进行反向，最终得到即为待测光学元件的准确面形。