1.一种分步测量光学镜片曲率半径和检测镜片缺陷的方法,其特征在于,包含以下步骤:
(1)初始曲率半径求解:根据采集的干涉图T(x,y)的暗环直径,求得初始曲率半径R0;
(2)曲线拟合:以R0仿真牛顿环T0(x,y),将T(x,y)和T0(x,y)进行极坐标变换后消除常数项,再叠加形成莫尔条纹,对莫尔条纹进行曲线拟合,得到待测镜片新的曲率半径R1;
(3)移相求波前:对R1仿真的干涉图进行多步移相,得到多幅干涉图,分别与T(x,y)叠加,由多幅莫尔条纹得到波前差数据,进一步根据波前差分法求得待测镜片的高精确曲率半径R2;
(4)缺陷提取:利用R2去掉干涉图T(x,y)中由曲率半径解得的波前数据,得到待测镜片的缺陷数据。
2.根据权利要求1所述的一种分步测量光学镜片曲率半径和检测镜片缺陷的方法,其特征在于,所述步骤(1)中初始曲率半径的具体求解方法为:将采集到的待测光学镜片的牛顿环干涉图T(x,y)导入计算机内,从干涉图中提取5~10组暗环数据,经像素标定后,计算得m级暗环实际直径Dm和n级暗环实际直径Dn,已知激光波长λ,推导出待测光学镜片的初始曲率半径求解表达式:
取其平均值作为待测镜片的初始曲率半径R0。
3.根据权利要求1所述的一种分步测量光学镜片曲率半径和检测镜片缺陷的方法,其特征在于,所述步骤(2)中的曲线拟合具体包括:步骤1、根据初始曲率半径R0仿真出的虚拟牛顿环T0(x,y),经二阶极坐标变换将T0(x,y)和T(x,y)变成线载频T0(ρ,θ)和T(ρ,θ),去干涉图常数项后,分别得到T’0(ρ,θ)和T’(ρ,θ),再将T’0(ρ,θ)与T’(ρ,θ)叠加成莫尔条纹S(ρ,θ),其相关表达式如下:采集的牛顿环干涉图表达式:T(ρ,θ)=a(ρ,θ)+b(ρ,θ)·cos(2πfρ),其中a(ρ,θ)和b
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(ρ,θ)分别为T(x,y)在二阶极坐标下的背景光强和条纹对比度,f=1/(R·λ),ρ=x+y ,式中,f为待求变量,ρ为牛顿环在直角坐标下任意点坐标为(x,y)与牛顿环中心(0,0)的距离;
去常数项后的干涉图表达式: 其中Tmin和Tmax分别为T(ρ,θ)的最小值和最大值;
仿真的牛顿环干涉图表达式:T0(ρ,θ)=a0(ρ,θ)+b0(ρ,θ)·cos(2πf0ρ),其中a0(ρ,θ)和2
b0(ρ,θ)分别为T0(x,y)在二阶极坐标下的背景光强和条纹对比度,f0=1/(R0·λ),ρ=x +2
y;
去常数项后的干涉图表达式: 其中T0(min)和T0(max)分别为T0(ρ,θ)的最小值和最大值;
去常数项后叠加的莫尔条纹表达式:S(ρ,θ)=T’(ρ,θ)·T’0(ρ,θ)=cos(2πfρ)·cos(2πf0ρ);
步骤2、根据S(ρ,θ),取多个θ角度时对应的S(ρ,θ)的灰度值数据,并以函数来拟合每个θ对应的S(ρ,θ),其中,f0为已知线载频系数,f为待求变量,a为未知常数,以±5%的误差来确定一个f的范围,即0.95f0≤f≤1.05f0,由f=1/(R·λ),得到关于多个θ取值下的R值,取平均值,得到待测镜片新的曲率半径R1。
4.根据权利要求1所述的一种分步测量光学镜片曲率半径和检测镜片缺陷的方法,其特征在于,所述步骤(3)中的移相求波前具体包括:步骤1:以R1仿真多幅具有四步移相的牛顿环干涉图,其表达式分别为:其中:a1(x,y)为背景光强,b1(x,y)为条纹对比度,步骤2:将上述T1(x,y),T2(x,y),T3(x,y),T4(x,y)分别与T(x,y)叠加,得到对应地莫尔条纹,对莫尔条纹进行低通滤波,得到含有波前差信息的表达式如下:利用四步移相方法求出波前差数据:其中,s1(x,y),s2(x,y),s3(x,y),s4(x,y)分别是T(x,y)与T1(x,y),T(x,y)与T2(x,y),T(x,y)与T3(x,y),T(x,y)与T4(x,y)形成的莫尔条纹经低通滤波后得到含有波前差信息的表达式;
步骤3:由波前差w‑w1与曲率半径R的关系式:近似推导得到:
最终推导的曲率半径为:
步骤4:由曲率半径R随w‑w1数据点变化的分布图,再用最小二乘法对R的数据进行平面拟合,得到待测镜片的高精度曲率半径R2。
5.根据权利要求1所述的一种分步测量光学镜片曲率半径和检测镜片缺陷的方法,其特征在于,所述步骤(4)中的缺陷提取具体包括:步骤1:像素标定,P=D/L,其中D为待测镜片的实际直径,单位mm,L为采集干涉图的像素直径,P为每单位像素尺寸对应的实际大小;
步骤2:将缺陷检测分成多个区域,利用步骤(3)得到的R2,去除T(x,y)中含曲率半径R2的球面信息,得到待测镜片中关于缺陷的数据,观察二值化处理后的图像,若无缺陷,应是均匀亮度的圆,若有缺陷,则会有暗斑,进一步观察每个区域的暗斑大小,获得暗斑(缺陷)的像素数目s;
步骤3:计算每个暗斑的实际尺寸S=Ps,其中,P为每单位像素尺寸对应的实际大小,s为暗斑的像素数目;
步骤4:根据每个区域的暗斑数量和每个暗斑的S值大小,对比镜片缺陷标准,评估镜片缺陷情况。
6.根据权利要求1所述的一种分步测量光学镜片曲率半径和检测镜片缺陷的方法,其特征在于,所述的干涉图由待测光学镜片的检测装置采集,检测装置中分光镜(4)透射的准直光束经待测球面镜(5)的后表面部分反射,透射光经第一平面反射镜(6)表面反射,经过待测球面镜(5)形成测试光,使得采集到的干涉图中包含待测球面镜(5)的表面和内部缺陷信息。