共光路动态干涉仪的关键技术研究

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1、密级:_中国科学院大学®UniversityofChineseAcademyofSciences博士学位论文共光路动态干涉仪的关键技术研究作者姓名：韩冬松指导教师:何昕研艽员中国科学院长春光学精密机械与物理研究所学位类别:工学博士学科专业:机械电于工程培养单位:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所2015年5月独创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下独立进行研究工作所取得的成果。据我所知，除了特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。对本人的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本声明的法律结果由本人承担。学位论文使用

2、授权书本学位论文作者完全了解中国科学院大学及中国科学院长春光学精密机械与物理研究所有关保留、使用学位论文的规定，即：中国科学院大学及中国科学院长春光学精密机械与物理研究所有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权中国科学院大学及中国科学院长春光学精密机械与物理研究所可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编本学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名期：muJj学位论文作者毕业后去向工作单位：电话通讯地址：邮编Researchonthekeytechnologies

3、ofdynamicinterferometerwithcommonpathsByHanDong-songADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofScienceinEngineeringChangchunInstituteofOptics,FineMechanicsandPhysicsChineseAcademyofSciencesMay,2015摘要共光路动态干涉仪的关键技术研究韩冬松（机械电子

4、工程）导师：何昕研究员摘要现代光学制造产业的高速发展与相应检测技术的不断完善紧密相关，随着航空航天、集成电路的超微加工领域的发展，对光学制造与检测的水平要求不断提高，其精度目前进入纳米时代。在对精密光学元件及光学系统进行检测中，干涉仪是目前最为有效的超精密检测手段。共光路动态干涉仪是干涉测量里应用最为广泛的光学结构，它的优点是采用共光路系统，也就是测量臂和标准臂重合，可大大提高测量精度和应用范围。本文研究一种共光路动态干涉仪的系统设计和关键技术，通过采用偏振光干涉，可同一时刻获得相位依次相差π/2的四幅干涉图，可以消除气流和环境振动对测量的影响，实现高精度测量，适用于大口径、长焦距光学元

5、件的测量，可应用于光学系统现场检验，复杂恶劣环境的光学检验，并能进行连续的动态测量，即可对光学表面的变化过程测量。本文探索影响光学仪器测量的因素，提出了干涉仪实用的光机结构尤其是光学配准部分的光机结构设计方案。本文的具体研究方法为：在传统干涉仪原理基础上，设计四相干涉检测同步接收光路，实现原理上的突破；利用图像配准技术，研究四相条纹图位置一致性问题，实现条纹图点点位置对应；研究干涉条纹的去噪算法及面形重构算法；研究共光路动态干涉仪中系统误差及随机误差的影响。在共光路动态干涉仪的光机结构设计中，采用了偏振分光棱镜旋转式结构进行四个相邻90°相位差的干涉条纹的空间移相；针对同步采集过程中的四

6、幅图像配准问题，设计了干涉条纹采集配准装置，通过光学以及机械结构设计，I中国科学院大学博士学位论文：共光路动态干涉仪的关键技术研究实现了对条纹图像采集的物理配准，在此基础上增加编码元标志点，进行用数字图像处理方法消除条纹图间的旋转量，进行高精度图像配准，从而提高了测量精度。在数据处理方法方面，针对采集得到的条纹图中包含噪声这一问题，提出了基于等值线窗口内小波分析的电子散斑条纹图滤波方法，较经典的中值滤波，均值滤波等方法相比，在尽可能减少对解包裹运算影响的同时能够获得更佳的信噪比。为了削弱系统误差及随机误差造成的系统精度的影响，针对旋转平均法对旋转精度的要求，提出了一种旋转误差校正模型以修

7、正面形绝对检测中的旋转非对称项误差。首先在经典N步旋转平均法的理论基础上，通过泽尼克多项式给出了面形误差的数学表达形式，然后根据旋转角度所引起的误差修正了泽尼克系数进而修正旋转非对称项误差，在数值仿真方法验证校正模型正确性的前提下，用校正模型对实际检测数据进行处理。关键词：动态干涉仪；共光路；干涉条纹图配准；图像去噪；解包裹；误差分析IIAbstractResearchonthekeytechnologiesofdynamicint