[发明专利]一种确定干涉仪在球面离焦检测时动态范围的方法

说明书

本发明提供一种确定干涉仪在球面离焦检测时动态范围的方法，干涉仪在球面离焦检测时动态范围指：探测器完整采样时的最大波像差值或最多圆环数，确定干涉仪在球面离焦检测时动态范围即为确定探测器完整采样；探测器完整采样的要求是：干涉图可以被探测器完全分辨，且干涉图样上干涉条纹最密处的一个干涉条纹对应的波像差等于探测器的Nyquist频率对应的波像差。本发明弥补了干涉仪在球面离焦测量时缺少确定动态范围的方法，完善了干涉仪的性能指标。理论可靠，方法简单，判断准确，适用范围广。

技术领域

本发明属于光学仪器以及光学检测技术领域，具体涉及一种确定干涉仪在球面离焦检测时动态范围的方法。

背景技术

依据叠加原理，波汇合的结果具有能够反映波原始状态的性质。当两束频率相同的光叠加时，它们产生的条纹取决于它们的相位差：相位相同时会产生增强条纹(或圆环)，相反则会产生减弱条纹，两种情况之间则会产生中间强度的条纹，所产生的干涉条纹能够反映两束光的光程差。干涉仪正是基于波的叠加引起干涉现象来获取测量信息的仪器，广泛应用于科学研究和工业生产中对微小位移、折射率以及光学元件表面面形的测量。在科学分析中，干涉仪用于测量长度以及光学元件的面形，精度能到纳米级。它是现有精度最高的长度测量仪器。

在光学元件面形干涉测量时，传统上采用零位检测，一般用于球面和平面的检测。对于理想的平面，检测系统仅存在倾斜，干涉图为一组等间隔的平行直条纹；对于理想的球面，检测系统仅存在离焦时，干涉图为一组不等间隔同心圆环。因此，平面和球面干涉检测时干涉条纹是不一样的，这就决定了即使同一干涉仪在测量不同类型的光学元件时动态范围是不一样的。

动态范围是干涉测量在完整采样时的最大波像差值，由干涉仪内采样探测器可分辨的干涉条纹数决定。动态范围是衡量干涉仪性能的一个重要指标。在一些干涉仪的说明书上提到的能够分辨的条纹数，仅仅是等间隔的直条纹，对于干涉圆环的情况没有提及过。而干涉圆环在光学检测中是经常出现的干涉现象，尤其是在非球面的非零位检测中，如非球面直接干涉检测，子孔径拼接，部分补偿检测等等。明确干涉检测在球面离焦时的动态范围，不仅可以完善干涉仪的性能指标，也可以为非球面检测方案的制定提供指导。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种确定干涉仪在球面离焦检测时动态范围的方法，用于完善干涉仪的性能指标。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种确定干涉仪在球面离焦检测时动态范围的方法，干涉仪在球面离焦检测时动态范围指：探测器完整采样时的最大波像差值或最多圆环数，确定干涉仪在球面离焦检测时动态范围即为确定探测器完整采样；

探测器完整采样的要求是：干涉图可以被探测器完全分辨，且干涉图样上干涉条纹最密处的一个干涉条纹对应的波像差等于探测器的Nyquist频率对应的波像差。

其中，球面在离焦干涉检测时的波像差方程为：

其中，f’为待测球面镜的焦距；y为待测球面的孔径高度；Δ为离焦量，即干涉仪球面镜头出射光线的焦点到待测球面球心的距离；

干涉条纹最密处在干涉图的边缘。

其中，与探测器的Nyquist频率相对应的波像差对干涉条纹的要求是：干涉图边缘一个干涉圆环占用探测器的4个像元，对应的波像差为半个波长，此时的离焦量为：

其中，λ为数字波面干涉仪内光源波长；f’为待测球面镜的焦距；M*N为探测器的像元阵列；D为待测球面的口径。

其中，球面在离焦测量时的动态范围为：

最大波像差

最多圆环数

其中，λ为数字波面干涉仪内光源波长；M*N为探测器的像元阵列。