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专利号: 2019104919395
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-04-03
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种测量透明物体的旋转式相移干涉仪,包括激光发射器、准直镜、分光器、参考镜面、被测物前表面、凸透镜、镜面旋转器、CCD相机和被测物后表面,其特征在于:所述激光发射器、准直镜、分光器、被测物分布与同一轴线上,所述参考镜面和成像镜头分布于分光器的前测和后测,所述镜面旋转器位于被测物底部;激光发射器的出射光线入射到准直镜,准直镜出射的准直光线通过分光器,一部分光线透射过分光器到达被测物前表面,一部分光线透射过分光器、被测物到达被测物后表面,还有一部分光线由分光器将其反射到参考镜面,这三束光线都由镜面反射回分光器;参考镜面反射回来的光线透射过分束器,被测物前表面和被测物后表面反射回的光线经分光器将其反射,此时,返回的光形成干涉,并穿过凸透镜将光线汇聚到CCD相机;其中镜面旋转器旋转调节被测镜面与垂直面之间的角度;所述的被测镜面为前后两个面能反射光线的透明物体。

2.根据权利要求1所述的一种测量透明物体的旋转式相移干涉仪,其特征在于:所述激光发射器是为发射激光为波长为632.8nm的单模激光器。

3.根据权利要求1所述的一种测量透明物体的旋转式相移干涉仪,其特征在于:所述镜面旋转器旋转调节被测镜面与垂直面的角度θ,所述夹角θ的范围为-90°到90°。

4.一种测量透明物体的旋转式相移干涉仪的测量方法;其特征在于,该方法具体如下:步骤一:旋转m次镜面旋转器,得到m幅相移的干涉光强Ihm及被测镜面的相移量δh;

其中无相移的干涉图光强的表达式为:

式中A为背景光强,B为光强条制度,为被测物体的波前相位;

被测镜面的相移量δh的表达式为:

δh=h*tan(θ),

式中h表示被测镜面不同位置相对于最底部的高度值,因此在旋转一个θ角后,其相移量在不同高度处时不一样的,需要对每一个高度的波前相位单独求解;

其相移后的干涉图光强表达式为:

步骤二:将得到的4幅干涉条纹图,通过最小二乘的算法,计算出其被侧面形的波前相位由最小二乘可知

干涉光强的(x,y)位置的像素点的理论值为 实际测量得到的(x,y)位置的像素点的值为Im(x,y),S(x,y)为(x,y)位置的误差值,最小二乘要求此误差为最小值,由此需要将其偏导为零,S(x,y)可以改写为上式中a=A,

求出这些系数便可求得相位分布值,将其表示为矩阵方程进行求解;

AX=Y,

矩阵中各个量的表示为:

X=[a b c d e f g]T,

Y=[∑I ∑Ic1 ∑Is1 ∑Ic2 ∑Is2 ∑Ic3 ∑Is3]T,上式中 根据矩阵,至少需要7幅不同相移量

的干涉图,才可以解出X;得到X后,则其对应的波前相位为:由此,便可求出被

测透明物体的前后表面面形,但是由于在求此面形时,其相移量为假设的值,与真实相移值有较大的误差,由此得到的面形也存在较大误差;根据最小二乘迭代算法,将得到的作为已知量,求相应的相移量,则公式(7)可写为:式中a=Am,b=bmcosθ1,m,c=bmsinθ1,m,d=bmcosθ2,m,e=bmsinθ2,m,f=bmcosθ3,m,g=bmsinθ3,m,根据最小二乘原理,其矩阵方程为:A′X′=Y′,

矩阵中各个量的表示为:

X=[a′ b′ c′ d′ e′ f′ g′]T,Y=[∑I ∑Ic1 ∑Is1 ∑Ic2 ∑Is2 ∑Ic3 ∑Is3]T,上式中 N表示干涉图像素点的位置;由矩

阵方程得到的相移量分布为:

将得到的相移量作为参数带入矩阵方程又可求得对应的相位分布,如此迭代,即由相移量求相位分布,由相位分布求相移量;最终,迭代结束的收敛条件为:max{|[θi,m(k)-θi,1(k)]-[θi,m(k-1)-θi,1(k-1)]|}<10-4,上式中k表示迭代次数;此时得到的相位分布即为最终得到的值。