子孔径拼接干涉检测中去倾斜处理技术

　　ICF系统中大量的大口径光学元件需要高精度的检测手段来保证其加工精度,而干涉检测方式具有很高的精度,因此干涉仪成为现代光学检测中最主要的检测工具。通常大口径光学元件的检测需要大口径的干涉仪,而大口径干涉仪价格通常十分昂贵,而且空间分辨率较低,不能完全满足ICF系统检测的需要。为此研究人员提出使用子孔径拼接干涉检测方法来进行ICF系统大口径光学元件的检测工作。在保证高精度的前提下,该方法可以大大减少检测设备投资,同时使得小口径的干涉仪具有更高的空间分辨率。在实际检测过程中不可避免地会由于光学元件放置倾斜而产生的误差,在子孔径拼接检测中这种倾斜量对检测结果的影响远大于在单次检测中的影响。本文探讨了元件的倾斜量对检测结果的影响,通过计算软件进行了去倾斜处理,得到了检测结果。

    1　子孔径拼接检测的基本原理

　　子孔径拼接干涉检测的基本原理如图1所示,图中W1,W2分别表示小口径干涉仪在大口径光学元件表面进行两次检测的区域,每一个区域对应的相位分布分别用W′(x,y)与W0(x′,y′)表示,它们之间有一定面积的重叠区域。从理论上说,重叠区域两次检测得到的相位分布应该是一致的。但是在实际检测过程中,由于干涉仪或被检测元件的移动必然导致两个子孔径检测得到的相位分布不在同一个平面上,而存在相对于x轴和y轴的旋转,以及垂直于样品移动平面的位移,使得重叠区域经两次检测的结果不相同,两次检测结果间的关系可以表示为[1]

式中:x和y分别表示干涉仪中心的位置坐标;a和b分别表示相对于x轴和y轴的倾斜因子;c表示垂直于样品移动方向的位相移动量。在平行于样品的移动方向上也会存在一定的误差,但可以利用精密定位装置将其控制在干涉仪的空间分辨率以下[2~4]。利用最小二乘法对重叠区域的检测结果进行优化拟合,就可以得到两个子孔径检测间的相对位移、旋转参数[5]。因为未知量有3个,需要3个方程联立求解,于是在重叠区域中任意选取3个不在同一条线上的3个点进行计算即可,具体的计算公式如下[6]

式中:Δ(x,y)表示两次检测重叠区域中的相位分布差W′(x,y)- W0(x′,y′);∑表示对所有参加计算的点进行求和;n是计算使用到的检测点数目。

　　通过(2)式计算,得到a,b和c的值后,就得到了两次检测之间的各项位移误差,从而可以将两次检测得到的相位分布统一到一个平面上,重复两两拼接过程,直至子孔径完全覆盖整个大口径元件[7]。

     2　元件放置倾斜对检测的影响