专利名称：三次位相板精度的检测方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及曲面误差分析技术领域，尤其涉及一种三次位相板精度的检测方法及系统。
背景技术：
波前编码技术是一种即可以提高系统成像质量，又可以降低系统成本的“光学-数字”一体化的系统及成像技术，可以很好地控制离焦以及由离焦引起的像散、Petzval 场曲、色差，还有由装调、温度漂移等引入的类似离焦的像差，在大视场、大焦深的条件下获得接近衍射极限的像质。因此，波前编码技术在图像处理、荧光显微镜以及机械显示系统等领域都有较为广泛的应用。三次位相板，作为波前编码技术的关键部件，其加工精度直接影响波前编码技术在其应用场景下的精度。因此，生产过程中和最终质量验收中的三次位相板精度检测是波前编码技术中较为关键的一环。现有技术中，三次位相板精度的检测，是利用三坐标机获得多点原始数据，采用不同方式对曲面进行数值拟和，在进行适当的坐标系转换后(平移和旋转)使之与理想数据
误差最小。但是，申请人研究发现，现有的三次位相板精度的检测技术至少存在以下缺陷由于误差数据的来源有两种，一种是三次位相板本身的面型误差，即需要检测的误差，另一种是三次位相板摆放位置的偏差引入的误差，现有的三次位相板精度检测技术包括原始数据的获取、曲面的拟合以及误差的得出都在后台进行，位置误差状况并不直观，只能通过对三次位相板位置的检测得到相应的修正数据，对误差数据进行修正，在未得到精确调节的情况下进行检测会影响检测精度，不能够满足实时直观进行高精度测量的应用。

发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种光学的检测方法及系统，以实现在对三次位相板进行精度检测的时候，能够将三次位相板本身的面型误差与摆放位置偏差所造成的误差剥离开，从而提高对三次位相板误差的检测精度，技术方案如下—种三次位相板精度的检测方法，包括以下步骤A、发出平行光通过三次位相板到达反射镜，所述反射镜与所述三次位相板成预设角度；B、接收从所述反射镜通过所述三次位相板返回的反射光，形成干涉面形测量数据；C、将所述干涉面型测量数据与预设模板进行对比，得到所述三次位相板的误差；D、将所述误差进行泽尼克多项式展开；E、调整所述三次位相板的位置并重复执行所述步骤A、B、C和D，直至所述泽尼克多项式第三、四、六和七项的系数为零，将此时的误差作为所述三次位相板的最终误差。
优选的，上述方法中，所述调整三次位相板的位置并重复执行所述步骤A、B、C和 D，直至所述泽尼克多项式第三、四、六和七项的系数为零，包括在水平和竖直方向调节所述三次位相板的平移误差，直至所述泽尼克多项式第三和第四项的系数为零；在轴向调节所述三次位相板的旋转误差，直至所述泽尼克多项式的第六和第七项的系数为零。优选的，上述方法中，所述三次位相板的平移误差的调整量为Δχ = (2Z3+Z4)/3kA , Δγ = (2Z3-Z4)/3kA ；其中，Δχ表示水平调整量，Ay表示竖直调整量，Z3 为泽尼克多项式的第三项系数，&为泽尼克多项式的第四项系数，k是一个无量纲常数，表示三次位相板的面型高度，λ为光的波长。优选的，上述方法中，所述在轴向调节三次位相板的旋转误差，直至所述泽尼克多项式的第六和第七项的系数为零，包括沿一个方向旋转所述三次位相板；如果得到的泽尼克多项式的第六和第七项系数的绝对值变小，则沿该方向继续旋转直至所述泽尼克多项式的第六和第七项的系数为零；如果得到的泽尼克多项式的第六和第七项系数的绝对值变大，则反方向旋转所述三次位相板，直至所述泽尼克多项式的第六和第七项的系数为零。优选的，上述方法中，所述三次位相板的旋转误差的调整量为 θ = 2tg-1 [(k-φ2- UZ1 -16Ζ72) /(4Ζ7 + 2k)]；其中，Ζ7为泽尼克多项式的第七项系数，k是一
个无量纲常数，表示三次位相板的面型高度。一种三次位相板精度的检测系统，包括发光装置，用于发出平行光通过三次位相板到达反射镜，其中，所述反射镜与所述三次位相板成预设角度；成像装置，用于接收从所述反射镜通过所述三次位相板返回的反射光，形成干涉面形测量数据；误差检测装置，用于将所述干涉面形测量数据与预设模板进行对比，得到所述三次位相板的误差；误差分析装置，用于将所述误差进行泽尼克多项式展开，以及当用户调整所述三次位相板的位置，直至所述泽尼克多项式第三、四、六和七项的系数为零时，将此时的误差作为所述三次位相板的最终误差。通过上述技术方案可知，本发明利用干涉仪和反射镜组成了对三次位相板的精度检测装置，具体的，通过干涉仪发出平行光通过三次位相板到达反射镜，然后接收从反射镜通过三次位相板返回的反射光，形成干涉面形测量数据，将所述干涉面形数据与预设模板对比，得到三次位相板的误差，然后将所述初步误差进行泽尼克多项式展开，当用户调整所述三次位相板的位置，直至所述泽尼克多项式第三、四、六和七项的系数为零时，将此时的误差作为所述三次位相板的最终误差。相比现有的检测技术，本发明实现了将三次位相板本身的面型误差，与三次位相板摆放位置偏差所引入的误差剥离开，并且能够使用户直观的通过调节三次位相板的位置，来消除因摆放位置偏差所造成的误差，从而提高了对三次位相板误差的检测精度。


为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对本发明描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例提供的一种三次位相板精度的检测方法的流程图；图2为本发明实施例提供的检测光路的示意图；图3为对三次位相板检测时存在的平移误差示意图；图4为对三次位相板检测时存在的旋转误差示意图；图5为本发明实施例提供的三次位相板位置误差调整方法的流程图；图6为本发明实施例提供的三次位相板位置误差中的旋转误差调整方法的流程图；图7为本发明实施例提供的三次位相板精度的检测系统的结构示意图。
具体实施例方式本发明实施例利用干涉仪和反射镜组成了对三次位相板的精度检测装置，具体的，通过干涉仪发出平行光通过三次位相板到达反射镜，然后接收从反射镜通过三次位相板返回的反射光，形成干涉面形测量数据，再将所述干涉面形测量数据与预设模板进行对比，得到所述三次位相板的误差，然后将所述初步误差进行泽尼克多项式展开，当用户调整所述三次位相板的位置，直至所述泽尼克多项式第三、四、六和七项的系数为零时，将此时的误差作为所述三次位相板的最终误差。与现有的三坐标检测方法相比，本发明实施例提供的光学检测方法，实现了将三次位相板本身的面型误差，与摆放位置的偏差所造成的误差剥离开，并且能够使用户通过泽尼克多项式直观地调节三次位相板的位置，来消除位置偏差，从而提高了三次位相板的检测精度。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。参见图1所示，本发明实施例提供的三次位相板精度的检测方法可以包括以下步骤A、发出平行光通过三次位相板到达反射镜，所述反射镜与所述三次位相板成预设角度。参见图2所示，本发明实施例利用反射镜1和干涉仪3 —起，组成了对三次位相板 2的检测装置。其中，反射镜1与三次位相板2呈一个微小的夹角，实际测试时，该微小夹角可以取1'，该夹角可以避免三次位相板2两个表面的反射光与反射镜1的反射光之间产生的干扰。在进行精度检测时，干涉仪3首先发出平行光通过三次位相板2到达反射镜1。B、接收从所述反射镜通过所述三次位相板返回的反射光，形成干涉面形测量数据。
干涉仪3发出的平行光通过三次位相板2到达反射镜1后，反射镜1的反射光通过三次位相板2返回干涉仪3，干涉仪3接到反射光后，形成干涉面形测量数据。C、将所述干涉面形测量数据与预设模板进行对比，得到所述三次位相板的误差。形成干涉面形测量数据后，干涉仪3开始将干涉面形测量数据与预先存储在干涉仪3的标准三次位相板模板进行对比，从而得到三次位相板2的误差数据。实际实施时， 可以是将干涉图像的波前数据，与干涉仪3内根据标准三次位相板计算得到的数字模板对比，得到三次位相板2的误差数据。需要说明的是，该误差数据是三次位相板2的初步面型检测结果，即该误差数据是包含了三次位相板2位置误差的误差数据。D、将所述误差进行泽尼克多项式展开。得到三次位相板2的误差数据后，干涉仪3开始进行误差分析，误差分析的第一步是将误差数据进行泽尼克多项式展开。泽尼克多项式和光学检测中观测到的像差多项式是一致的，因而常常用来拟合波面误差。如表1所示，为泽尼克多项式前9项的光学含义表 1Z。 平移Z1 χ轴倾斜Z2 y轴倾斜Z3 离焦Z4 像散@0° &离焦Z5 像散 @45° &离焦Z6 彗差&x轴倾斜Z7 彗差&y轴倾斜Z8 球差&离焦需要说明的是，对于不同的光学检测系统来说，位置失调量的误差形式完全不同， 本发明实施例中的检测系统中，需要经过分析明确泽尼克多项式各项系数及其组合与三次位相板位置误差的关系。E、调整所述三次位相板的位置并重复执行所述步骤A、B、C和D，直至所述泽尼克多项式第三、四、六和七项的系数为零，将此时的误差作为所述三次位相板的最终误差。将三次位相板2的初步误差进行泽尼克多项式展开后，用户就可以调整所述三次位相板2的位置，同时干涉仪3重复执行步骤A、B、C和D，直至泽尼克多项式第三、四、六和七项的系数为零时，干涉仪3将此时的误差作为三次位相板2的最终误差。此时得到的误差就是剥离了三次位相板2位置误差后的误差，能够准确反映三次位相板的加工精度，实际中的测量精度能够达到0. 06微米。本发明实施例的测试系统中，三次位相板2的位置误差分为两类，一类是平移误差，另一类是旋转误差，分别参见图3和图4所示。图中实线代表实际位置，0为理想位置圆心，0'为实际位置圆心。在实施本发明的过程中，经过申请人的实验和计算，得出泽尼克多项式的第三和第四项对应三次位相板2的平移误差，第六和低七项对应三次位相板2的
旋转误差。
参见图5所示，所述调整三次位相板的位置并重复执行所述步骤A、B、C和D，直至所述泽尼克多项式第三、四、六和七项的系数为零，可以包括S501，在水平和竖直方向调节所述三次位相板的平移误差，直至所述泽尼克多项式第三和第四项的系数为零。S502，在轴向调节所述三次位相板的旋转误差，直至所述泽尼克多项式的第六和第七项的系数为零。可以理解的S501和S502不分先后顺序，可以先调节平移误差，然后调节旋转误差；也可以先调节旋转误差，然后调节平移误差；当然也可以同时进行调节。其中，进行平移误差调节时，三次位相板2的平移误差的调整量为Δχ = (2Z3+Z4)/3kA , Δγ = (2Z3-Z4)/3kA ；其中，Δχ表示水平调整量，Ay表示竖直调整量，Z3 为泽尼克多项式的第三项系数，&为泽尼克多项式的第四项系数，k是一个无量纲常数，表示三次位相板的面型高度，λ为光的波长。用户可以按照以上给出的调整量，来调节三次位相板2的水平和竖直位置，能够有效提高调整的效率。参见图6所示，所述在轴向调节所述三次位相板的旋转误差，直至所述泽尼克多项式的第六和第七项的系数为零，及S502可以包括以下步骤S502a,沿一个方向旋转所述三次位相板；S502b，如果得到的泽尼克多项式的第六和第七项系数的绝对值变小，则沿该方向继续旋转直至所述泽尼克多项式的第六和第七项的系数为零；S502c，如果得到的泽尼克多项式的第六和第七项系数的绝对值变大，则反方向旋转所述三次位相板，直至所述泽尼克多项式的第六和第七项的系数为零。其中，在进行旋转误差调节时，三次位相板2的旋转误差的调整量为
权利要求
1.一种三次位相板精度的检测方法，其特征在于，包括以下步骤A、发出平行光通过三次位相板到达反射镜，所述反射镜与所述三次位相板成预设角度；B、接收从所述反射镜通过所述三次位相板返回的反射光，形成干涉面型测量数据；C、将所述干涉面型测量数据与预设模板进行对比，得到所述三次位相板的误差；D、将所述误差进行泽尼克多项式展开；E、调整所述三次位相板的位置并重复执行所述步骤A、B、C和D，直至所述泽尼克多项式第三、四、六和七项的系数为零，将此时的误差作为所述三次位相板的最终误差。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调整三次位相板的位置并重复执行所述步骤A、B、C和D，直至所述泽尼克多项式第三、四、六和七项的系数为零，包括在水平和竖直方向调节所述三次位相板的平移误差，直至所述泽尼克多项式第三和第四项的系数为零；在轴向调节所述三次位相板的旋转误差，直至所述泽尼克多项式的第六和第七项的系数为零。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述三次位相板的平移误差的调整量为 Δχ = (2Z3+Z4)/3kA , Ay= (2Z3-Z4)/3kA ；其中，Δ χ表示水平调整量，Ay表示竖直调整量，Z3为泽尼克多项式的第三项系数，Z4为泽尼克多项式的第四项系数，k是一个无量纲常数，表示三次位相板的面型高度，λ为光的波长。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述在轴向调节三次位相板的旋转误差，直至所述泽尼克多项式的第六和第七项的系数为零，包括沿一个方向旋转所述三次位相板；如果得到的泽尼克多项式的第六和第七项系数的绝对值变小，则沿该方向继续旋转直至所述泽尼克多项式的第六和第七项的系数为零。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述三次位相板的旋转误差的调整量为θ = Itg-1 [(k -Jk2-UZ7 -16Z72)/(4Z7 + 2k)\ ；其中，Z7为泽尼克多项式的第七项系数，k是一个无量纲常数，表示三次位相板的面型高度。
6.一种三次位相板精度的检测系统，其特征在于，包括发光装置，用于发出平行光通过三次位相板到达反射镜，其中，所述反射镜与所述三次位相板成预设角度；成像装置，用于接收从所述反射镜通过所述三次位相板返回的反射光，形成干涉面型测量数据；误差检测装置，用于将所述干涉面型测量数据与预设模板进行对比，得到所述三次位相板的误差；误差分析装置，用于将所述误差进行泽尼克多项式展开，以及当用户调整所述三次位相板的位置，直至所述泽尼克多项式第三、四、六和七项的系数为零时，将此时的误差作为所述三次位相板的最终误差。
全文摘要
本发明公开了一种三次位相板精度的检测方法及系统，包括A、发出平行光通过三次位相板到达反射镜，反射镜与所述三次位相板成预设角度；B、接收从反射镜通过三次位相板返回的反射光，形成干涉面形测量数据；C、将干涉面形测量数据与预设模板进行对比，得到三次位相板的误差；D、将误差进行泽尼克多项式展开；E、调整三次位相板的位置并重复执行步骤A、B、C和D，直至泽尼克多项式第三、四、六和七项的系数为零，将此时的误差作为最终误差。本发明实现了将三次位相板本身的面型误差，与摆放位置的偏差所造成的误差剥离，并且能够使用户直观地调节三次位相板的位置，来消除因摆放位置偏差所造成的误差，从而提高了检测精度。
文档编号G01B11/24GK102478386SQ20101056820
公开日2012年5月30日 申请日期2010年11月30日 优先权日2010年11月30日
发明者肖志宏, 解滨 申请人:苏州大学