本發(fā)明涉及光學(xué)測(cè)量，更具體的涉及一種橫向剪切干涉剪切率選取方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、橫向剪切干涉應(yīng)用在非球面面形測(cè)量領(lǐng)域具有抗環(huán)境干擾、無參考鏡誤差引入和改善非球面度引起條紋增密問題的優(yōu)勢(shì)。由于非球面波前的豐富變化，使用單一剪切量測(cè)量多類型非球面面形時(shí)可能存在條紋過密無法解析或者條紋過稀相位靈敏度不足的問題。因此，針對(duì)多類型非球面波前變化應(yīng)匹配合適的剪切率進(jìn)行測(cè)量，這樣才能更好的保證非球面面形的測(cè)量精度。

2、現(xiàn)有技術(shù)中針對(duì)多類型非球面的檢測(cè)問題時(shí)，僅僅考慮了橫向剪切干涉中剪切率和剪切量的標(biāo)定，而未考慮剪切率的自適應(yīng)選取方法；對(duì)比jason?h.karp等人2008年在文獻(xiàn)《integrated?diffractive?shearing?interferometry?for?adaptive?wavefrontsensing》中提及的自適應(yīng)波前傳感器，其僅初步提到了信噪比和波前斜率對(duì)剪切率選取的影響，但并未給出具體的理論模型和數(shù)據(jù)支持；對(duì)比jean-pierre?betend-bon等人1991年在文獻(xiàn)《double?grating?phase?stepping?interferometry?for?testing?aspherics》中提及橫向剪切非球面測(cè)量方法，但僅提供了橫向剪切非球面測(cè)量裝置，并未描述待測(cè)非球面波前變化對(duì)于剪切率選取的影響。

3、上述所提相關(guān)技術(shù)均未提出針對(duì)待測(cè)非球面波前自適應(yīng)優(yōu)化選取剪切率的方法。其原因在于：在新型剪切方式未出現(xiàn)之前，傳統(tǒng)的橫向剪切干涉測(cè)量方法無法實(shí)現(xiàn)剪切率的精確可控調(diào)節(jié)，因此根據(jù)非球面波前參數(shù)自適應(yīng)選取剪切率的相關(guān)研究及技術(shù)并未被提及。近兩年隨著精確可控剪切率實(shí)現(xiàn)方法的出現(xiàn)，針對(duì)多類型非球面波前自適應(yīng)調(diào)節(jié)剪切率已成為可能。因此，迫切需要開展非球面波前自適應(yīng)最優(yōu)剪切率選取技術(shù)相關(guān)研究，以推動(dòng)橫向剪切干涉非球面測(cè)量技術(shù)的快速發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實(shí)施例提供一種橫向剪切干涉剪切率選取方法及裝置，用于解決橫向剪切干涉方法在針對(duì)多類型非球面面形通用化檢測(cè)時(shí)，隨機(jī)或無理論參考的剪切率選取而造成的條紋不可解析和檢測(cè)精度受限的問題。

2、本發(fā)明實(shí)施例提供一種橫向剪切干涉剪切率選取方法，包括：

3、根據(jù)待測(cè)非球面的口徑、待測(cè)非球面的頂點(diǎn)曲率半徑、二次曲面圓錐系數(shù)和非球面波陣面函數(shù)將所述待測(cè)非球面的頂點(diǎn)曲率半徑確定為初始參考曲面的半徑；

4、根據(jù)初始參考曲面的半徑迭代范圍，確定所述初始參考曲面的半徑的第一迭代步長，在每個(gè)所述第一迭代步長內(nèi)，根據(jù)初始剪切率的迭代范圍以及所述初始剪切率的第二迭代步長，依次確認(rèn)第二迭代步長下，初始剪切率所對(duì)應(yīng)的橫向剪切干涉圖條紋密度，當(dāng)多個(gè)所述橫向剪切干涉圖條紋密度中存在一個(gè)最大橫向剪切干涉圖條紋密度小于實(shí)際干涉條紋的最大解析閾值時(shí)，得到粗優(yōu)化剪切率以及與所述半徑迭代范圍相匹配的粗優(yōu)化剪切率第一范圍；根據(jù)所述粗優(yōu)化剪切率第一范圍包括的最大粗優(yōu)化剪切率，得到最佳參考曲面的半徑；

5、根據(jù)所述粗優(yōu)化剪切率第一范圍以及粗優(yōu)化剪切率的第三迭代步長，在每個(gè)第三迭代步長下，根據(jù)所述粗優(yōu)化剪切率第一范圍和最佳參考曲面的半徑依次確定橫向剪切干涉圖平均條紋密度，當(dāng)確定所述橫向剪切干涉圖平均條紋密度小于判斷條件時(shí)，根據(jù)所述橫向剪切干涉圖平均條紋密度得到細(xì)優(yōu)化剪切率以及與所述粗優(yōu)化剪切率第一范圍相匹配的細(xì)優(yōu)化剪切率第一范圍。

6、優(yōu)選地，所述當(dāng)存在一個(gè)最大橫向剪切干涉圖條紋密度小于實(shí)際干涉條紋的最大解析閾值時(shí)，通過下列公式得到粗優(yōu)化剪切率：

7、

8、其中，max[density]表示多個(gè)所述橫向剪切干涉圖條紋密度中最大橫向剪切干涉圖條紋密度，densitymax表示實(shí)際干涉條紋的最大可解析閾值，ratio1表示粗優(yōu)化剪切率，daspheric表示待測(cè)非球面的口徑，q表示探測(cè)器靶面像素尺寸，ydi表示待測(cè)非球面上一點(diǎn)d的縱坐標(biāo)，表示初始剪切率的迭代范圍，λ表示波長。

9、優(yōu)選地，通過下列公式得到粗優(yōu)化剪切率以及與所述半徑迭代范圍相匹配的粗優(yōu)化剪切率第一范圍：

10、

11、其中，ratiomax表示與所述半徑迭代范圍相匹配的粗優(yōu)化剪切率第一范圍，表示初始參考曲面的半徑的迭代范圍，max(ratiomax)表示粗優(yōu)化剪切率第一范圍內(nèi)包括的最大粗優(yōu)化剪切率，r1表示最佳參考曲面的半徑。

12、優(yōu)選地，所述判斷條件為橫向剪切干涉圖平均條紋密度小于50pixel/條；

13、所述當(dāng)確定所述橫向剪切干涉圖平均條紋密度小于判斷條件時(shí)，通過下列公式得到細(xì)優(yōu)化剪切率以及與所述粗優(yōu)化剪切率第一范圍相匹配的細(xì)優(yōu)化剪切率第一范圍：

14、

15、其中，densityaverage表示橫向剪切干涉圖平均條紋密度，m表示橫向剪切干涉圖亮條紋數(shù)目，ratio2表示細(xì)優(yōu)化剪切率，ratio1表示粗優(yōu)化剪切率，表示粗優(yōu)化剪切率第一范圍的取值范圍。

16、優(yōu)選地，所述依次確認(rèn)第二迭代步長下，初始剪切率所對(duì)應(yīng)的橫向剪切干涉圖條紋密度，具體包括：

17、根據(jù)所述待測(cè)非球面的口徑和初始剪切率通過下列公式確定剪切量：

18、s＝ratio0*daspheric

19、根據(jù)所述待測(cè)非球面、初始參考曲面、所述待測(cè)非球面的頂點(diǎn)曲率半徑r0和所述剪切量通過下列公式確定橫向剪切干涉亮條紋的中心點(diǎn)位置：

20、

21、根據(jù)兩個(gè)相鄰的所述橫向剪切干涉亮條紋的中心點(diǎn)位置通過下列公式確定與所述初始參考曲面相匹配的橫向剪切干涉圖條紋密度：

22、

23、其中，s表示剪切量，ratio0表示初始剪切率，daspheric表示待測(cè)非球面的口徑，ti表示橫向剪切干涉亮條紋的中心點(diǎn)位置，r0表示初始參考曲面的半徑，xdi表示待測(cè)非球面的上一點(diǎn)d的橫坐標(biāo)，xci表示初始參考曲面上一點(diǎn)c的橫坐標(biāo)，ydi表示待測(cè)非球面上一點(diǎn)d的縱坐標(biāo)，yci示初始參考曲面上一點(diǎn)c的縱坐標(biāo)，r0表示待測(cè)非球面的頂點(diǎn)曲率半徑，k表示二次曲面圓錐系數(shù)，λ表示波長，density表示橫向剪切干涉圖條紋密度。

24、優(yōu)選地，所述將所述待測(cè)非球面的頂點(diǎn)曲率半徑確定為初始參考曲面的半徑之后，還包括：

25、將待測(cè)非球面置于直角坐標(biāo)系中，確定初始參考曲面和待測(cè)非球面之間的波程差，所述波程差如下所示：

26、

27、其中，xdi表示待測(cè)非球面的上一點(diǎn)d的橫坐標(biāo)，xci表示初始參考曲面上一點(diǎn)c的橫坐標(biāo)，ydi示待測(cè)非球面上一點(diǎn)d的縱坐標(biāo)，yci示初始參考曲面上一點(diǎn)c的縱坐標(biāo)，r0表示初始參考曲面的半徑，表示點(diǎn)c和點(diǎn)d之間的切線距離。

28、本發(fā)明實(shí)施例提供一種橫向剪切干涉剪切率選取裝置，包括：

29、確定單元，用于根據(jù)待測(cè)非球面的口徑、待測(cè)非球面的頂點(diǎn)曲率半徑、二次曲面圓錐系數(shù)和非球面波陣面函數(shù)將所述待測(cè)非球面的頂點(diǎn)曲率半徑確定為初始參考曲面的半徑；

30、第一得到單元，用于根據(jù)初始參考曲面的半徑迭代范圍，確定所述初始參考曲面的半徑的第一迭代步長，在每個(gè)所述第一迭代步長內(nèi)，根據(jù)初始剪切率的迭代范圍以及所述初始剪切率的第二迭代步長，依次確認(rèn)第二迭代步長下，初始剪切率所對(duì)應(yīng)的橫向剪切干涉圖條紋密度，當(dāng)多個(gè)所述橫向剪切干涉圖條紋密度中存在一個(gè)最大橫向剪切干涉圖條紋密度小于實(shí)際干涉條紋的最大解析閾值時(shí)，得到粗優(yōu)化剪切率以及與所述半徑迭代范圍相匹配的粗優(yōu)化剪切率第一范圍；根據(jù)所述粗優(yōu)化剪切率第一范圍包括的最大粗優(yōu)化剪切率，得到最佳參考曲面的半徑；

31、第二得到單元，用于根據(jù)所述粗優(yōu)化剪切率第一范圍以及粗優(yōu)化剪切率的第三迭代步長，在每個(gè)第三迭代步長下，根據(jù)所述粗優(yōu)化剪切率第一范圍和最佳參考曲面的半徑依次確定橫向剪切干涉圖平均條紋密度，當(dāng)確定所述橫向剪切干涉圖平均條紋密度小于判斷條件時(shí)，根據(jù)所述橫向剪切干涉圖平均條紋密度得到細(xì)優(yōu)化剪切率以及與所述粗優(yōu)化剪切率第一范圍相匹配的細(xì)優(yōu)化剪切率第一范圍。

32、優(yōu)選地，所述第一得到單元具體用于：通過下列公式得到粗優(yōu)化剪切率：

33、

34、通過下列公式得到粗優(yōu)化剪切率以及與所述半徑迭代范圍相匹配的粗優(yōu)化剪切率第一范圍：

35、

36、其中，max[density]表示多個(gè)所述橫向剪切干涉圖條紋密度中最大橫向剪切干涉圖條紋密度，densitymax表示實(shí)際干涉條紋的最大可解析閾值，ratio1表示粗優(yōu)化剪切率，daspheric表示待測(cè)非球面的口徑，q表示探測(cè)器靶面像素尺寸，ydi表示待測(cè)非球面上一點(diǎn)d的縱坐標(biāo)，表示初始剪切率的迭代范圍，λ表示波長，ratiomax表示與所述半徑迭代范圍相匹配的粗優(yōu)化剪切率第一范圍，表示初始參考曲面的半徑的迭代范圍，max(ratiomax)表示粗優(yōu)化剪切率第一范圍內(nèi)包括的最大粗優(yōu)化剪切率，r1表示最佳參考曲面的半徑。

37、本發(fā)明實(shí)施例提供本發(fā)明實(shí)施例提供一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，所述計(jì)算機(jī)設(shè)備包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被所述處理器執(zhí)行時(shí)，使得所述處理器執(zhí)行上述任意一項(xiàng)所述橫向剪切干涉剪切率選取方法。

38、本發(fā)明實(shí)施例提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)，使得所述處理器執(zhí)行上述任意一項(xiàng)橫向剪切干涉剪切率選取方法。

39、綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供一種橫向剪切干涉剪切率選取方法及裝置，該方法包括：根據(jù)待測(cè)非球面的口徑、待測(cè)非球面的頂點(diǎn)曲率半徑、二次曲面圓錐系數(shù)和非球面波陣面函數(shù)將所述待測(cè)非球面的頂點(diǎn)曲率半徑確定為初始參考曲面的半徑；根據(jù)初始參考曲面的半徑迭代范圍，確定所述初始參考曲面的半徑的第一迭代步長，在每個(gè)所述第一迭代步長內(nèi)，根據(jù)初始剪切率的迭代范圍以及所述初始剪切率的第二迭代步長，依次確認(rèn)第二迭代步長下，初始剪切率所對(duì)應(yīng)的橫向剪切干涉圖條紋密度，當(dāng)多個(gè)所述橫向剪切干涉圖條紋密度中存在一個(gè)最大橫向剪切干涉圖條紋密度小于實(shí)際干涉條紋的最大解析閾值時(shí)，得到粗優(yōu)化剪切率以及與所述半徑迭代范圍相匹配的粗優(yōu)化剪切率第一范圍；根據(jù)所述粗優(yōu)化剪切率第一范圍包括的最大粗優(yōu)化剪切率，得到最佳參考曲面的半徑；根據(jù)所述粗優(yōu)化剪切率第一范圍以及粗優(yōu)化剪切率的第三迭代步長，在每個(gè)第三迭代步長下，根據(jù)所述粗優(yōu)化剪切率第一范圍和最佳參考曲面的半徑依次確定橫向剪切干涉圖平均條紋密度，當(dāng)確定所述橫向剪切干涉圖平均條紋密度小于判斷條件時(shí)，根據(jù)所述橫向剪切干涉圖平均條紋密度得到細(xì)優(yōu)化剪切率以及與所述粗優(yōu)化剪切率第一范圍相匹配的細(xì)優(yōu)化剪切率第一范圍。該方法綜合考慮了待測(cè)非球面的面形參數(shù)、橫向剪切干涉圖條紋密度、最佳參考曲面的半徑和實(shí)際干涉圖質(zhì)量等因素對(duì)條紋解析的影響，通過粗優(yōu)化剪切率選取理論模型和細(xì)優(yōu)化剪切率選取理論模型建立了實(shí)現(xiàn)細(xì)優(yōu)化剪切率的選取，其中，粗優(yōu)化剪切率選取理論模型以橫向剪切干涉圖條紋密度和初始參考曲面的半徑作為優(yōu)化目標(biāo)來確定粗優(yōu)化剪切率第一范圍，即粗優(yōu)化剪切率的可以選擇范圍，進(jìn)一步地，細(xì)優(yōu)化剪切率選取理論模型以面形重建精度作為優(yōu)化目標(biāo)，在粗優(yōu)化剪切率第一范圍內(nèi)進(jìn)一步選取細(xì)優(yōu)化剪切率，本發(fā)明實(shí)施例提供的方法可以解決橫向剪切干涉方法在針對(duì)多類型非球面面形通用化檢測(cè)時(shí)，隨機(jī)或無理論參考的剪切率選取而造成的條紋不可解析和檢測(cè)精度受限的問題。