一种移相干涉检测振动抑制方法技术

一种移相干涉检测振动抑制方法，属于光学检测领域，为了提高干涉检测的重复性、复现性和精度，该方法为：步骤1，利用移相干涉仪采集一组N幅移相干涉图，N大于等于3，采用N步移相相位提取算法计算相位分布Ф1；步骤2，利用移相干涉仪自身的移相器，调整干涉腔的腔长，使得腔长变化λ/8，待干涉仪稳定后采集一组干涉图，干涉图的数量与移相间隔与步骤1中的一致，采用与步骤1相同的算法计算出被测相位Ф2；同样步骤3和步骤4分别计算出被测相位Ф3和被测相位Ф4；步骤5，对步骤1、2、3和4获得的4次测量结果进行像素对像素的相位平均，计算得到平均相位；步骤6，利用公式计算得到平均波面W，完成整个测量。

【技术实现步骤摘要】
一种移相干涉检测振动抑制方法
本专利技术涉及一种移相干涉检测振动抑制方法，属于光学检测
，可有效抑制振动对移相干涉检测精度的影响，明显提高移相激光干涉仪的重复性、复现性和精度，该方法可以应用于光学面形和系统波像差干涉检测、全息干涉检测等领域。
技术介绍
随着光学成像系统的质量提高，光学元件面形精度要求越来越高，尤其是光刻领域，为实现曝光光学系统满足衍射极限，要求光学元件面形精度达到亚纳米级别，这就对光学波前检测提出了极为苛刻的要求。在移相干涉检测中，振动会引入一个周期性的位置变化，改变干涉腔长，从在干涉图中引入一个周期性的相位变化。振动是由各种不同频率的振动分量(可以用简谐振动表示)组成，当存在振动时，干涉图的光强分布可以用下式表示，式中，I(x,y,t)为干涉图中(x,y)坐标点处在t时刻的灰度值，Ι0(x,y)和V(x,y)分别为干涉图中(x,y)坐标点处的背景光强和对比度，Φ(x,y)为包含待测波前信息的相位分布，ri、νi和αi分别为第i个振动分量的振幅、频率和初始相位。振动引入测量误差的本质是其导致移相不准，对于等间隔移相干涉图，理想移相量和由于振动引起的移相不准为，其中，t0为移相干涉图采集的时间间隔。常见的移相干涉图相位提取算法可用等式(3)表示，式中，N为总的移相干涉图帧数，In为第n帧移相干涉图，Sn和Cn均为移相算法的系数。求相位分布Ф关于移相不准的的偏导，可以得到振动导致的测量误差为，对于常见的最小二乘相位提取算法，有因此等式(4)可表示为针对等式(6)所述的振动影响，LeslieDeck在1996年报道了一种抑制振动的方法，但这种方法需要使用两个相机，且对两个相机的时间分辨率、空间分辨率和积分时间有严格要求；LeslieDeck在2009年报道了一种利用相位误差条纹图的频谱分析来减小振动影响的方法，但这种方法要求干涉图的条纹数不少于1，这会导致额外的回程误差。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有干涉检测中减少振动影响的方法会导致额外的回程误差的问题，提供一种移相干涉检测振动抑制方法，以抑制移相干涉检测中振动引入的影响，提高干涉检测的重复性、复现性和精度。一种移相干涉检测振动抑制方法，其特征是，该方法包括如下步骤：步骤1，利用移相干涉仪采集一组N幅移相干涉图，N大于等于3，采用N步移相相位提取算法计算相位分布Ф1，移相干涉图的移相间隔需要满足算法要求，算法满足下式：式中，N为总的移相干涉图帧数，In为第n帧移相干涉图，Sn和Cn均为移相算法的系数；步骤2，利用移相干涉仪自身的移相器，调整干涉腔的腔长，使得腔长变化λ/8，待干涉仪稳定后采集一组干涉图，干涉图的数量与移相间隔与步骤1中的一致，采用与步骤1相同的算法计算出被测相位Ф2；步骤3，利用移相干涉仪自身的移相器，调整干涉腔的腔长，使得腔长变化λ/8，腔长的变化方向与步骤2的变化方向相同，待干涉仪稳定后采集一组干涉图，干涉图的数量与移相间隔与步骤1中的一致，采用与步骤1相同的算法计算出被测相位Ф3；步骤4，调整干涉腔的腔长，使得腔长变化λ/8，腔长的变化方向与步骤2、步骤3的变化方向相同，待干涉仪稳定后采集一组干涉图，干涉图的数量与移相间隔与步骤1中的一致，采用与步骤1相同的算法计算出被测相位Ф4；步骤5，对步骤1、2、3和4获得的四次测量结果进行像素对像素的波面平均，计算得到平均相位Фave＝(Ф1+Ф2+Ф3+Ф4)/4。步骤6，利用公式计算得到平均波面W，完成整个测量。本专利技术的有益效果：1)该方法不要增加额外的硬件，适用于各种形式的移相干涉仪；2)该方法对振动引入测量误差的抑制能力不受被测波前质量和干涉图条纹数的限制；3)该方法使得振动引入的测量误差在各个位置点相同，消除了振动对波前检测的影响；4)该方法适用于各个频率段的振动；5)该方法适用于所有满足等式3的移相算法。附图说明图1为本专利技术移相干涉检测振动抑制方法流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术具体实施进行详细描述。本专利技术提出了一种移相干涉检测振动抑制方法，即能有效消除振动对移相干涉检测精度影响的方法—OPD控制-平均法。该方法通过对光程差(OPD)依次增大λ/8(λ为检测用光源波长)的四次测量取平均来实现。其原理如下：在干涉仪初始位置进行一次干涉测量，获取N幅移相干涉图，N不小于3，采用N步最小二乘相位提取算法计算获得第一个位置点的待测相位Ф1，该波面包含波面真实数据Ф和振动引入的测量误差ΔФ1，其中ΔФ1可以表示为：利用移相干涉仪自身的移相器控制OPD，使其增大λ/8，λ为检测用光源的波长。在此位置进行第二次测量。此次测量采集的移相干涉图数量和采用的算法与第一次测量一致，可以获得第二个位置点的待测相位Ф2，该波面包含波面真实数据Ф和振动引入的测量误差ΔФ2，其中ΔФ2可以表示为：利用移相干涉仪自身的移相器控制OPD，使其再次增大λ/8，在此位置进行第三次测量。此次测量采集的移相干涉图数量和采用的算法与第一次测量一致，可以获得第三个位置点的待测相位Ф3，该波面包含波面真实数据Ф和振动引入的测量误差ΔФ3，其中ΔФ3可以表示为：利用移相干涉仪自身的移相器控制OPD，使其再次增大λ/8，在此位置进行第四次测量。此次测量采集的移相干涉图数量和采用的算法与第一次测量一致，可以获得第四个位置点的待测相位Ф4，该波面包含波面真实数据Ф和振动引入的测量误差ΔФ4，其中ΔФ4可以表示为：平均四次测量结果，得到最终结果Фave可以表示为利用计算得到的相位分布获得被测波面W其中λ为检测用光源的波长。从上式可以看出由采用本方法时，最终测量结果与面形真值之间的偏差在每个位置点大小相同，是一个与振动无关的常量，因此能消除振动的影响。该方法也可以利用如下方案实现：利用干涉仪自身的移相器精确控制OPD进行四次测量，每次测量的OPD依次减小λ/8，对四次测量结果进行平均，获得抑制振动影响的结果。实施例：如图1所示，针对632.8nm的移相干涉仪使用四步标准相位提取算法，本专利技术的具体包括以下步骤：步骤1，采集四幅移相干涉图，使用四步标准相位提取算法计算出相位分布Ф1；步骤2，利用干涉仪自身的移相器，调整被测镜位置，使干涉腔增长79.1nm，采集四幅移相干涉图，使用四步标准相位提取算法计算出相位分布Ф2；步骤3，利用干涉仪自身的移相器，调整被测镜位置，在步骤2的基础上进一步增长干涉腔79.1nm，采集四幅移相干涉图，使用四步标准相位提取算法计算出相位分布Ф3；步骤4，利用干涉仪自身的移相器，调整被测镜位置，在步骤3的基础上进一步增长干涉腔79.1nm；采集四幅移相干涉图，使用四步标准相位提取算法计算出相位分布Ф4；步骤5，对获得的四个相位分布Ф1，Ф2，Ф3和Ф4进行波面平均，得到平均相位Фave＝(Ф1+Ф2+Ф3+Ф4)/4，最终得到被测波面分布获得抑制振动的检测结果，进而完成整个测量过程。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种移相干涉检测振动抑制方法，其特征是，该方法包括如下步骤：步骤1，利用移相干涉仪采集一组N幅移相干涉图，N大于等于3，采用N步移相相位提取算法计算相位分布Ф1，移相干涉图的移相间隔需要满足算法要求，算法满足下式：φ(x,y)=arctan[Σn=1NSnIn(x,y)Σn=1NCnIn(x,y)]---(3)]]>式中，N为总的移相干涉图帧数，In为第n帧移相干涉图，Sn和Cn均为移相算法的系数；步骤2，利用移相干涉仪自身的移相器，调整干涉腔的腔长，使得腔长变化λ/8，待干涉仪稳定后采集一组干涉图，干涉图的数量与移相间隔与步骤1中的一致，采用与步骤1相同的算法计算出被测相位Ф2；步骤3，利用移相干涉仪自身的移相器，调整干涉腔的腔长，使得腔长变化λ/8，腔长的变化方向与步骤2的变化方向相同，待干涉仪稳定后采集一组干涉图，干涉图的数量与移相间隔与步骤1中的一致，采用与步骤1相同的算法计算出被测相位Ф3；步骤4，调整干涉腔的腔长，使得腔长变化λ/8，腔长的变化方向与步骤2、步骤3的变化方向相同，待干涉仪稳定后采集一组干涉图，干涉图的数量与移相间隔与步骤1中的一致，采用与步骤1相同的算法计算出被测相位Ф4；步骤5，对步骤1、2、3和4获得的四次测量结果进行像素对像素的波面平均，计算得到平均相位Фave＝(Ф1+Ф2+Ф3+Ф4)/4。步骤6，利用公式计算得到平均波面W，完成整个测量。...

【技术特征摘要】
1.一种移相干涉检测振动抑制方法，其特征是，该方法包括如下步骤：步骤1，利用移相干涉仪采集一组N幅移相干涉图，N大于等于3，采用N步移相相位提取算法计算相位分布Ф1，移相干涉图的移相间隔需要满足算法要求，算法满足下式：式中，N为总的移相干涉图帧数，In为第n帧移相干涉图，Sn和Cn均为移相算法的系数；步骤2，利用移相干涉仪自身的移相器，调整干涉腔的腔长，使得腔长变化λ/8，待干涉仪稳定后采集一组干涉图，干涉图的数量与移相间隔与步骤1中的一致，采用与步骤1相同的算法计算出被测相位Ф2；步骤3，利用移相干涉仪自身的移相器，调整干涉腔的腔长，使...

【专利技术属性】
技术研发人员：于杰，张海涛，马冬梅，金春水，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22