CN118565381B - 反射镜面型测量系统、反射镜面型测量方法和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种反射镜面型测量系统、反射镜面型测量方法和电子设备。所述反射镜面型测量系统包括：激光光源、准直器、分束器、反射元件、载物台和图像采集器。所述激光光源用于生成并出射光线。所述准直器位于所述激光光源的光出射路径上，并被配置为将所述激光光源出射的光线准直为平行光束。所述分束器被配置为将所述平行光束分束为第一分束光束和第二分束光束。所述反射元件位于所述第一分束光束的行进路径上，且所述反射镜被配置为：将所述第一分束光束反射至所述分束器；进而使得被所述反射镜反射的第一分束光束的至少部分被所述分束器反射。所述反射镜面型测量系统结构紧凑，复杂度较低，有利于集成在现有的产线机台上。

Description

反射镜面型测量系统、反射镜面型测量方法和电子设备

技术领域

本申请涉及反射镜面型测量领域，且更为具体地，涉及反射镜面型测量系统、反射镜面型测量方法和电子设备。

背景技术

反射镜是一种常用的光学元件，主要用于对光线进行反射，常常被应用在光学系统中，例如，反射镜被用于潜望式镜头中，能够“转折”光线，使得光学部件能够在预期的方向上排布，进而使得潜望式摄像模组在实现光学变焦的同时尽可能地减小摄像模组在特定方向上的尺寸。

反射镜的反射特征无疑会影响光学系统的整体光路。反射镜的反射特性与反射镜的面型息息相关。因此，需要提出用于测量反射镜的面型的方案。

发明内容

本申请的主要优势在于提供一种反射镜面型测量系统、反射镜面型测量方法和电子设备，其中，所述反射镜面型测量系统能够用于测量反射镜的面型，且结构紧凑，复杂度较低，有利于集成在现有的产线机台上。

本申请的另一主要优势在于提供一种反射镜面型测量系统、反射镜面型测量方法和电子设备，其中，所述反射镜面型测量方法能够避免频率泄露，进而提高全息重建精度。

本申请的又一优势在于提供一种反射镜面型测量系统、反射镜面型测量方法和电子设备，其中，所述反射镜面型测量方法提出了一种新的全息重建方案，所述全息重建方案中采用的一维傅里叶变换专为光学算法而设计，相较于非光学器件的测量，与反射镜的测量适配度较高。

根据本申请的一方面，提供了一种反射镜面型测量系统，其包括：

激光光源，所述激光光源用于生成并出射光线；

准直器，所述准直器位于所述激光光源的光出射路径上，并被配置为将所述激光光源出射的光线准直为平行光束；

分束器，所述分束器位于所述平行光束的行进路径上，并被配置为将所述平行光束分束为第一分束光束和第二分束光束，其中，所述第一分束光束的行进路径平行于所述平行光束的行进路径，所述第二分束光束的行进路径与所述平行光束的行进路径之间存在夹角；

反射元件，所述反射元件位于所述第一分束光束的行进路径上，且所述反射元件被配置为：将所述第一分束光束反射至所述分束器；进而使得被所述反射元件反射的第一分束光束的至少部分被所述分束器反射；其中，被所述反射元件反射的第一分束光束中被所述分束器反射的部分形成参考光束；

载物台，所述载物台位于所述第二分束光束的行进路径上；以及

图像采集器，所述图像采集器位于所述参考光束的行进路径上。

在根据本申请所述的反射镜面型测量系统的一实施方式中，所述准直器位于所述激光光源和所述分束器之间；所述准直器包括：第一透镜、针孔元件、第二透镜，其中，所述针孔元件位于所述第一透镜和所述第二透镜之间，且所述针孔元件具有通孔；所述第一透镜邻近所述激光光源，所述第二透镜邻近所述分束器。

在根据本申请所述的反射镜面型测量系统的一实施方式中，所述分束器具有分束面、相对的第一表面和第二表面，以及，相对的第三表面和第四表面，所述第一表面和所述第二表面分居于所述分束面的相对的第一侧和第二侧，所述第一表面朝向所述准直器且垂直于所述平行光束，所述第二表面垂直于所述平行光束；所述第三表面和所述第四表面分居于所述分束面的相对的第三侧和第四侧，所述第三表面延伸于所述第一表面和所述第二表面之间，并垂直于所述第一表面，所述第四表面延伸于所述第一表面和所述第二表面之间，并垂直于所述第一表面。

在根据本申请所述的反射镜面型测量系统的一实施方式中，所述图像采集器位于所述分束器的靠近所述第三表面的一侧；所述图像采集器包括感光芯片，所述感光芯片具有感光面，所述感光面平行于所述第三表面。

在根据本申请所述的反射镜面型测量系统的一实施方式中，所述感光芯片的最小边长大于所述待测量的反射镜的最大边长。

在根据本申请所述的反射镜面型测量系统的一实施方式中，所述反射元件具有反射面，所述反射元件的反射面朝向所述分束器的所述第二表面，并平行于所述第二表面。

根据本申请的另一个方面，本申请提出了一种反射镜面型测量方法，其包括步骤：

对参考全息图和物场全息图进行全息重建，包括步骤：

通过特定的傅里叶变换公式分别对参考全息图和物场全息图进行傅里叶变换，以得到所述参考全息图的频谱图和所述物场全息图的频谱图；

分别对所述参考全息图的频谱图和所述物场全息图的频谱图进行频谱数值重建，以得到参考重建场和物场重建场；以及

基于所述物场重建场和参考重建场，消除所述参考重建场的背景，以得到消除背景后的物场重建场；

获取所述消除背景后的物场重建场的相位分布；以及

基于所述消除背景后的物场重建场的相位分布计算待测量的反射镜的三维轮廓数据；

其中，所述物场全息图为参考光束和待测物测量光束发生干涉时图像采集器采集到的全息图，所述待测物测量光束为待测量的反射镜反射的光线；所述参考全息图为参考光束和参考物测量光束发生干涉时图像采集器采集到的全息图；

其中，所述特定的傅里叶变换公式为：

；

其中，BL表示信号x(n)的一维傅里叶变换值；P表示相移项，；N表示一维信号的采样数；f1表示目标频率的最小值；f2表示目标频率的最大值；fs表示预设采样频率；M表示输出的频率点数；A表示复数起始点的系数，；W表示相邻点在轮廓上的复数比例的值，；i为虚数单位；z表示频率坐标。

在根据本申请所述的反射镜面型测量方法的一实施方式中，通过特定的傅里叶变换公式分别对参考全息图和物场全息图进行傅里叶变换，以得到所述参考全息图的频谱图和所述物场全息图的频谱图，包括步骤：通过所述特定的傅里叶变换公式对所述参考全息图的每一行图像数据进行一维傅里叶变换，以得到频率域中的参考全息图中间图像；通过所述特定的傅里叶变换公式对所述频率域中的参考全息图中间图像的每一列图像数据进行一维傅里叶变换，以得到经过二维傅里叶变换的参考全息图，进而得到所述参考全息图的频谱图；通过所述特定的傅里叶变换公式对所述物场全息图的每一行图像数据进行一维傅里叶变换，以得到频率域中的物场全息图中间图像；以及，通过所述特定的傅里叶变换公式对所述频率域中的物场全息图中间图像的每一列图像数据进行一维傅里叶变换，以得到经过二维傅里叶变换的物场全息图，进而得到所述物场全息图的频谱图。

在根据本申请所述的反射镜面型测量方法的一实施方式中，分别对所述物场全息图的频谱图和所述参考全息图的频谱图进行频谱数值重建，以得到物场重建场和参考重建场，包括步骤：对所述参考全息图的频谱图进行频移，以得到频移后的参考全息图频谱；通过衍射重建计算公式对所述频移后的参考全息图频谱进行数值重建，以得到所述参考重建场；对所述物场全息图的频谱图进行频移，以得到移频后的物场全息图频谱；以及，通过所述衍射重建计算公式对所述移频后的物场全息图频谱进行数值重建，以得到所述物场重建场；其中，所述衍射重建计算公式为：

；其中，R表示数值重建值；λ表示光线的波长；k=2π/λ；x表示观察平面中的x轴方向上的坐标值；y表示观察平面中的y轴方向上的坐标值；u表示源平面中的u轴方向上的坐标值；v表示源平面中的v轴方向上的坐标值；fR表示频移后的全息图频谱。

在根据本申请所述的反射镜面型测量方法的一实施方式中，对所述参考全息图的频谱图进行频移，包括步骤：选取参考全息图的频谱图的一级频谱所在区域；创建零矩阵；以及，将选取的参考全息图的频谱图的一级频谱所在区域移动至所述零矩阵的中心，以得到所述移频后的参考全息图频谱；对所述物场全息图的频谱图进行频移，包括步骤：选取物场全息图的频谱图的一级频谱所在区域；创建零矩阵；以及，将选取的物场全息图的频谱图的一级频谱所在区域移动至所述零矩阵的中心，以得到所述移频后的物场全息图频谱。

在根据本申请所述的反射镜面型测量方法的一实施方式中，获取所述消除背景后的物场重建场的相位分布，包括步骤：计算所述消除背景后的物场重建场的相位信息；以及，对所述消除背景后的物场重建场的相位信息进行相位解包裹，以获取连续的相位分布。

在根据本申请所述的反射镜面型测量方法的一实施方式中，通过以下公式计算待 测量的反射镜的三维轮廓数据：；其中，H表示待测量的反射镜的各 个点相对于设定的标准面的高度；λ表示光线的波长；D表示所述消除背景后的物场重建场 的相位分布；Re表示反射镜面型测量系统的工作环境的折射率。

在根据本申请所述的反射镜面型测量方法的一实施方式中，所述反射镜面测量方法，在对参考全息图和物场全息图进行全息重建之前还包括步骤：形成第一测量光路，其中，在所述第一测量光路中，被标准反射镜反射的光线和参考光束发生干涉；获取参考全息图；形成第二测量光路，其中，在所述第二测量光路中，被待测量的反射镜反射的光线和所述参考光束发生干涉；以及获取物场全息图。

在根据本申请所述的反射镜面型测量方法的一实施方式中，在形成所述第一测量光路的过程中，搭建如上所述的反射镜面型测量系统，并将标准反射镜置于所述反射镜面型测量系统的载物台，且将所述标准反射镜的反射面朝向所述反射镜面型测量系统的分束器，以在所述反射镜面型测量系统的激光光源出射光线后形成所述第一测量光路；在形成所述第二测量光路的过程中，搭建如上所述的反射镜面型测量系统，并将待测量的反射镜置于所述反射镜面型测量系统的载物台，且将所述待测量的反射镜的反射面朝向所述反射镜面型测量系统的分束器，以在所述反射镜面型测量系统的激光光源出射光线后形成所述第二测量光路。

在根据本申请所述的反射镜面型测量方法的一实施方式中，在将待测量的反射镜置于所述待测量的反射镜的载物台的过程中，将待测量的反射镜单独置于所述载物台，或者，将安装有所述待测量的反射镜的器件整体置于所述载物台。

根据本申请的另一个方面，本申请提出了一种电子设备，其包括：

处理器；以及

存储器，在所述存储器中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被所述处理器运行时使得所述处理器执行如上所述的反射镜面型测量方法。

通过对随后的描述和附图的理解，本申请进一步的目的和优势将得以充分体现。

本申请的这些和其他目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。

附图说明

通过结合附图对本申请实施例进行更详细的描述，本申请的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本申请实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请实施例一起用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。

图1图示了根据本申请的实施例的反射镜面型测量系统的结构示意图。

图2图示了根据本申请的实施例的反射镜面型测量方法的流程图示意图。

图3图示了根据本申请的实施例的反射镜面型测量方法的步骤S110的流程图示意图。

图4图示了根据本申请的实施例的反射镜面型测量方法的步骤S130的流程图示意图。

图5图示了根据本申请的实施例的反射镜面型测量方法的步骤S150的流程图示意图。

图6图示了根据本申请的实施例的反射镜面型测量方法的步骤S151的流程图示意图。

图7图示了根据本申请的实施例的反射镜面型测量方法的步骤S152的流程图示意图。

图8图示了根据本申请的实施例的反射镜面型测量方法的步骤S1521的流程图示意图。

图9图示了根据本申请的实施例的反射镜面型测量方法的步骤S1523的流程图示意图。

图10图示了根据本申请的实施例的反射镜面型测量方法的步骤S160的流程图示意图。

图11图示了根据本申请的实施例的反射镜面型测量方法的一过程图示意图。

图12图示了根据本申请的实施例的反射镜面型测量方法的另一过程图示意图。

图13图示了根据本申请的实施例的反射镜面型测量方法中的参考全息图示意图。

图14图示了根据本申请的实施例的反射镜面型测量方法中的物场全息图示意图。

图15图示了根据本申请的实施例的反射镜面型测量方法测定出的待测量的反射镜的反射面的三维轮廓数据图示意图。

图16图示了根据本申请的实施例的电子设备的框图示意图。

具体实施方式

下面，将参考附图详细地描述根据本申请的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是本申请的全部实施例，应理解，本申请不受这里描述的示例实施例的限制。

申请概述

反射镜的反射特征无疑会影响光学系统的整体光路。反射镜的反射特性与反射镜的面型息息相关。因此，需要提出用于测量反射镜的面型的方案。

对于如何测量反射镜的面型，一方面，可考虑用于测量光学元件的光学性能的装置及方法，另一方面，可考虑用于测量器件的轮廓的装置及方法。

对于用于测量光学元件的光学性能的装置及方法，在光学测试中，调制传递函数（Modulation Transfer Function, MTF）测试被广泛应用。调制传递函数测试方案的优势在于：测试系统结构简单，测试系统和测试方法的成本较低，测试方法算法高效，适于对光学元件的实时质量控制。然而，调制传递函数测试方案主要基于最终的图像的图像质量判断待测试的光学系统中的各个光学元件的对准度、待测试的光学系统的整体光学性能等，难以测得光学元件的面型。

对于用于测量器件的轮廓的装置及方法，目前，激光干涉仪和哈特曼传感器能够用于测量器件的轮廓。

具体地，激光干涉仪是一种精度较高的测量工具，可利用光的干涉原理，通过测量参考光和待测量的反射镜反射的光之间的光程差来获得所述待测量的反射镜的表面轮廓，进而确定所述待测量的反射镜面型。然而，激光干涉仪的价格较高；且通过激光干涉仪测量所述待测量的反射镜的表面轮廓的方案在计算表面轮廓数据时对相移技术的依赖度较高，限制了测量速度和应用广泛性，不适用于制造业大批量生产测试，主要适用于抽检。

哈特曼传感器主要通过测量被待测量的反射镜反射的光线的波前畸变来获得所述待测量的反射镜的表面轮廓。具体地，哈特曼传感器通过微透镜阵列将入射光分成多个子光束，再通过探测器阵列测量每个子光束的波前倾斜，从而重构出整个波前的形状。然而，由于微透镜阵列的限制，哈特曼传感器的分辨率相对较低，无法测量平面的微小起伏。

近年来，数字全息技术已成为一种高效的表面轮廓测量技术。数字全息技术主要利用全息图的记录和再现原理，通过衍射重建算法，基于单次拍摄的全息图重建光学元件的表面轮廓。然而，传统的基于离散傅里叶变换的衍射重建算法存在频率泄露的问题，导致物体表面的非整数频率成分难以被精确重建，这一问题限制了数字全息技术在高精度测量领域的应用。

因此，亟需一种兼具高精度和高效率的新型的用于测量反射镜的面型的方案，以满足日益严苛的质量控制需求。

基于上述对调制传递函数、激光干涉仪、哈特曼传感器和目前数字全息技术的分析，本申请提出通过数字全息技术测量反射镜的面型，并创建新的衍射重建算法，避免频率泄露，进而提高全息重建精度。进一步地，本申请提出设计新的用于测量反射镜的面型的系统，为通过数字全息技术测量反射镜的面型提供硬件支持，并保证系统的结构紧凑性和结构简化性，以便于被集成在现有的产线机台上，便于满足制造业大批量生产测试需求。

基于此，本申请提出了一种反射镜面型测量系统，所述反射镜面型测量系统包括：激光光源、准直器、分束器、反射元件、载物台和图像采集器。所述激光光源用于生成并出射光线。所述准直器位于所述激光光源的光出射路径上，并被配置为将所述激光光源出射的光线准直为平行光束。所述分束器位于所述平行光束的行进路径上，并被配置为将所述平行光束分束为第一分束光束和第二分束光束，其中，所述第一分束光束的行进路径平行于所述平行光束的行进路径，所述第二分束光束的行进路径与所述平行光束的行进路径之间存在夹角。所述反射元件位于所述第一分束光束的行进路径上，且所述反射镜被配置为：将所述第一分束光束反射至所述分束器；进而使得被所述反射镜反射的第一分束光束的至少部分被所述分束器反射；其中，被所述反射镜反射的第一分束光束中被所述分束器反射的部分形成参考光束。所述载物台位于所述第二分束光束的行进路径上。所述图像采集器位于所述参考光束的行进路径上。

本申请还提出了一种反射镜面型测量方法，所述反射镜面型测量方法包括步骤：对参考全息图和物场全息图进行全息重建；获取消除背景后的物场重建场的相位分布；以及，基于所述消除背景后的物场重建场的相位分布计算待测量的反射镜的三维轮廓数据。对参考全息图和物场全息图进行全息重建包括步骤：通过特定的傅里叶变换公式分别对参考全息图和物场全息图进行傅里叶变换，以得到所述参考全息图的频谱图和所述物场全息图的频谱图；分别对所述参考全息图的频谱图和所述物场全息图的频谱图进行频谱数值重建，以得到参考重建场和物场重建场；以及，基于所述物场重建场和参考重建场，消除所述参考重建场的背景，以得到消除背景后的物场重建场；其中，所述物场全息图为参考光束和待测物测量光束发生干涉时图像采集器采集到的全息图，所述待测物测量光束为待测量的反射镜反射的光线；所述参考全息图为参考光束和参考物测量光束发生干涉时图像采集器采集到的全息图；其中，所述特定的傅里叶变换公式为：；其中，BL表示信号x(n)的一维傅里叶变换值；P表示相移项，；N表示一维信号的采样数；f1表示目标频率的最小值；f2表示目标频率的最大值；fs表示预设采样频率；M表示输出的频率点数；A表示复数起始点的系数，；W表示相邻点在轮廓上的复数比例的值，；i为虚数单位；z表示频率坐标。

本申请还提出了一种电子设备，所述电子设备包括：处理器和存储器，在所述存储器中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被所述处理器运行时使得所述处理器执行如上所述的反射镜面型测量方法。

在介绍本申请的基本原理之后，下面将参考附图来具体介绍本申请的各种非限制性实施例。

示意性反射镜面型测量系统

如图1所示，根据本申请实施例的反射镜面型测量系统 100被阐明。所述反射镜面型测量系统 100包括激光光源 10、准直器 20、分束器 30、反射元件 40、载物台 50和图像采集器 60。所述激光光源 10用于生成并出射光线。所述准直器 20位于所述激光光源 10的光出射路径上，并被配置为将所述激光光源 10出射的光线准直为平行光束。所述分束器30位于所述平行光束的行进路径上，并被配置为将所述平行光束分束为第一分束光束和第二分束光束。所述反射元件 40位于所述第一分束光束的行进路径上，且所述反射元件 40被配置为：将所述第一分束光束反射至所述分束器 30；进而使得被所述反射元件 40反射的第一分束光束的至少部分被所述分束器 30反射；其中，被所述反射元件 40反射的第一分束光束中被所述分束器 30反射的部分形成参考光束。所述载物台 50位于所述第二分束光束的行进路径上。所述图像采集器 60位于所述参考光束的行进路径上。

所述准直器 20位于所述激光光源 10和所述分束器 30之间。所述准直器 20的主要作用在于对光线进行准直，其具体的结构不为本申请所局限。

在本申请的一个示例中，所述准直器 20包括第一透镜 21、针孔元件 22、第二透镜 23。所述针孔元件 22位于所述第一透镜 21和所述第二透镜 23之间，且所述针孔元件22具有通孔 201。所述第一透镜 21位于所述针孔元件 22的邻近于所述激光光源 10的一侧；所述第二透镜 23位于所述针孔元件 22的邻近于所述分束器 30的一侧。相应地，所述第一透镜 21邻近所述激光光源 10，所述第二透镜 23邻近所述分束器 30。

所述准直器 20的结构也可被实施为其他结构，例如，所述准直器 20可被实施为扩束准直镜。

所述平行光束在经过所述分束器 30时部分透过所述分束器 30，部分被所述分束器 30反射；其中，所述平行光束中透过所述分束器 30的部分形成第一分束光束，所述平行光束中被所述分束器 30反射的部分形成第二分束光束。

相应地，所述分束器 30被配置为将所述平行光束的一部分透过，另一部分反射，进而将所述平行光束分束为第一分束光束和第二分束光束，其中，所述第一分束光束的行进路径平行于所述平行光束的行进路径，所述第二分束光束的行进路径与所述平行光束的行进路径之间存在夹角。更明确地，所述第二分束光束的行进路径与所述平行光束的行进路径之间的夹角为90度。

在本申请实施例中，所述分束器 30具有分束面 301、相对的第一表面 302和第二表面 303，以及，相对的第三表面 304和第四表面 305。所述第一表面 302和所述第二表面303分居于所述分束面 301的相对的第一侧和第二侧，位于所述第一分束光束的行进路径上。所述第一表面 302和所述第二表面 303平行。所述第一表面 302朝向所述准直器 20且垂直于所述平行光束。所述第二表面 303朝向所述反射元件 40且垂直于所述平行光束。所述第三表面 304和所述第四表面 305分居于所述分束面 301的相对的第三侧和第四侧，所述第三表面 304延伸于所述第一表面 302和所述第二表面 303之间，并垂直于所述第一表面 302。所述第四表面 305延伸于所述第一表面 302和所述第二表面 303之间，并垂直于所述第一表面 302。

所述平行光束穿过所述分束器 30的所述第一表面 302后，部分透过所述分束器30的所述分束面 301，接着，所述平行光束中透过所述分束器 30的所述分束面 301的部分穿过所述分束器 30的所述第二表面 303，以形成所述第一分束光束。

所述平行光束穿过所述分束器 30的所述第一表面 302后，部分被所述分束器 30的所述分束面 301反射，接着，所述平行光束中被所述分束器 30的所述分束面 301反射的部分穿过所述分束器 30的所述第四表面 305，以形成所述第二分束光束。

所述反射元件 40所述反射元件 40具有反射面，所述反射元件 40的反射面朝向所述分束器 30的所述第二表面 303，并平行于所述第二表面 303。

所述图像采集器 60位于所述分束器 30的靠近所述第三表面 304的一侧，使得所述参考光束，即，被所述反射镜反射的第一分束光束中被所述分束器 30反射的部分从所述分束器 30的所述第三表面 304出射至所述图像采集器 60。具体地，所述第一分束光束从所述分束器 30的所述第二表面 303出射后到达所述反射元件 40的反射面，并被所述反射元件 40反射至所述分束器 30，使得被所述反射镜反射的第一分束光束穿过所述分束器30的所述第二表面 303到达所述分束器 30的所述分束面 301，并被所述分束器 30的所述分束面 301反射后穿过所述分束器 30的所述第三表面 304，进而到达所述图像采集器60。

所述图像采集器 60包括感光芯片，所述感光芯片具有感光面，所述感光面平行于所述分束器 30的所述第三表面 304。

所述图像采集器 60可被实施为单独的感光芯片，也可被实施为相机。所述图像采集器 60被实施为相机时，所述图像采集器 60不仅设置有感光芯片，还设置有光学镜头、滤光元件、支架、线路板等结构。相机可选择为电荷耦合器件（charge-coupled device，CCD)类型的相机，也可选择为互补的金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)类型的相机。

所述感光芯片的最小边长大于所述待测量的反射镜 300的最大边长。

所述载物台 50位于所述分束器 30的靠近所述第四表面 305的一侧，使得所述第二分束光束从所述分束器 30的所述第四表面 305出射至所述载物台 50。

当指定反射物置于所述载物台 50时，所述指定反射物将所述第二分束光束反射至所述分束器 30，使得被所述指定反射物反射的第二分束光束从所述分束器 30的所述第四表面 305进入所述分束器 30，且至少部分依次透过所述分束器 30的所述分束面 301和所述第三表面 304。被所述指定反射物反射的第二分束光束中被所述分束器 30透过的部分形成测量光束。所述测量光束与所述参考光束发生干涉时，所述图像采集器 60将采集到全息图。所述全息图可用于反射镜面型测量。具体地，可对所述全息图进行全息重建，进而获得待测量的反射镜 300的三维轮廓数据，进而获得待测量的反射镜 300的面型。基于所述全息图进行反射镜面型测量的具体过程将在后文中示意性反射镜面型测量方法中进行较为详细的介绍。

所述指定反射物为标准反射镜或待测量的反射镜 300。所述测量光束为参考物测量光束或待测物测量光束。所述全息图为参考全息图或物场全息图。具体地，当所述指定反射物为所述标准反射镜时，被所述标准反射镜反射的第二分束光束中被所述分束器 30透过的部分形成参考物测量光束。所述参考物测量光束与所述参考光束发生干涉时，所述图像采集器 60将采集到参考全息图。当所述指定反射物为所述待测量的反射镜 300时，被所述待测量的反射镜 300反射的第二分束光束中被所述分束器 30透过的部分形成待测物测量光束。所述待测物测量光束与所述参考光束发生干涉时，所述图像采集器 60将采集到物场全息图。

所述反射镜面型测量系统 100结构紧凑，复杂度较低，有利于集成在现有的产线机台上。

示意性反射镜面型测量方法

如图2至图15所示，根据本申请实施例的反射镜面型测量方法被阐明。如图2所示，所述反射镜面型测量方法包括步骤：S110，形成第一测量光路，其中，在所述第一测量光路中，被标准反射镜反射的光线和参考光束发生干涉；S120，获取参考全息图；S130，形成第二测量光路，其中，在所述第二测量光路中，被待测量的反射镜 300反射的光线和所述参考光束发生干涉，S140，获取物场全息图；S150，对参考全息图和物场全息图进行全息重建；S160，获取消除背景后的物场重建场的相位分布；S170，基于所述消除背景后的物场重建场的相位分布计算待测量的反射镜 300的三维轮廓数据。

在步骤S110中，形成第一测量光路。具体地，可搭建如上所述的反射镜面型测量系统 100，并将标准反射镜置于载物台 50，且将所述标准反射镜的反射面朝向所述分束器30，以在激光光源 10出射光线后形成所述第一测量光路。相应地，如图3所示，步骤S110包括步骤：S111，搭建反射镜面型测量系统 100；和S112，将标准反射镜置于所述反射镜面型测量系统 100的载物台 50，且将所述标准反射镜的反射面朝向所述反射镜面型测量系统100的分束器 30，以在所述反射镜面型测量系统 100的激光光源 10出射光线后形成所述第一测量光路。所述标准反射镜可为平面反射镜。

在形成第一测量光路的过程中，在将标准反射镜置于所述反射镜面型测量系统 100的载物台 50后，可调整所述标准反射镜的位置、所述标准反射镜与所述图像采集器 60 的相对位置，使得从所述分束器 30的所述第四表面 305出射的第二分束光束出射至所述 标准反射镜的反射面，并被所述标准反射镜反射至所述分束器 30后透过所述分束器 30到 达所述图像采集器 60。所述标准反射镜与所述图像采集器 60在所述第二分束光束的行进 方向上的距离大于，其中，X1表示所述标准反射镜的待测表面的最大边 长；pix_size表示感光芯片的像元的尺寸；λ表示光线的波长；具体的，λ表示激光光源10出 射的光线的波长。

在所述第一测量光路中，激光光源 10出射的光线先被准直形成平行光束，然后，被分束器 30分束形成第一分束光束和第二分束光束，其中，所述第一分束光束为所述平行光束中被所述分束器 30透过的部分，且所述第一分束光束依次被反射元件 40反射和被所述分束器 30反射后到达图像采集器 60，形成参考光束；所述第二分束光束为所述平行光束中被所述分束器 30反射的部分，且所述第二分束光束依次被标准反射镜反射和被所述分束器 30透过后到达所述图像采集器 60，形成参考物测量光束；其中，所述参考光束和所述参考物测量光束发生干涉。

当所述参考光束和所述参考物测量光束发生干涉时，所述反射镜面型测量系统100的图像采集器 60可采集到参考全息图。相应地，在步骤S120中，可通过所述反射镜面型测量系统 100的图像采集器 60获取所述参考全息图，如图13所示。

在步骤S130中，形成第二测量光路。具体地，可搭建如上所述的反射镜面型测量系统 100，并将待测量的反射镜 300置于所述反射镜面型测量系统 100的载物台 50，且将所述待测量的反射镜 300的反射面朝向所述反射镜面型测量系统 100的分束器 30，以在所述反射镜面型测量系统 100的激光光源 10出射光线后形成所述第二测量光路。相应地，如图4所示，步骤S130包括步骤：S131，搭建反射镜面型测量系统 100；和S132，将待测量的反射镜 300置于所述反射镜面型测量系统 100的载物台 50，且将所述待测量的反射镜 300的反射面朝向所述反射镜面型测量系统 100的分束器 30，以在所述反射镜面型测量系统100的激光光源 10出射光线后形成所述第二测量光路。

在将待测量的反射镜 300置于所述反射镜面型测量系统 100的载物台 50的过程中，将待测量的反射镜 300单独置于所述载物台 50（如图11所示），或者，将安装有所述待测量的反射镜 300的器件整体置于所述载物台 50（如图12所示）。所述安装有所述待测量的反射镜 300的器件可为潜望式镜头中安装有所述待测量的反射镜 300的部分结构，例如，潜望式模组的光转折单元。所述安装有所述待测量的反射镜 300的器件也可为其他安装有所述待测量的反射镜 300的器件。

在形成第二测量光路的过程中，在将待测量的反射镜 300置于所述反射镜面型测 量系统 100载物台 50后，可调整所述待测量的反射镜 300的位置、所述待测量的反射镜 300与所述图像采集器 60的相对位置，使得从所述分束器 30的所述第四表面 305出射的 第二分束光束出射至所述待测量的反射镜 300的反射面，并被所述待测量的反射镜 300反 射至所述分束器 30后透过所述分束器 30到达所述图像采集器 60。所述待测量的反射镜 300与所述图像采集器 60在所述第二分束光束的行进方向上的距离大于，其中，X2表示所述待测量的反射镜 300的待测表面的最大边长。

如果在形成所述第一测量光路之后形成所述第二测量光路，可在形成所述第一测量光路和获取所述参考全息图后，将所述标准反射镜替换为单独的待测量的反射镜 300或者安装有所述待测量的反射镜 300的器件，以形成所述第二测量光路，然后获取所述物场全息图。如果在形成所述第二测量光路之前形成所述第一测量光路，可在形成第二测量光路和获取物场全息图后，将所述单独的待测量的反射镜 300或者安装有所述待测量的反射镜 300的器件替换为所述标准反射镜，以形成所述第一测量光路，然后获取所述参考全息图。

在所述第二测量光路中，激光光源 10出射的光线先被准直形成平行光束，然后，被分束器 30分束形成第一分束光束和第二分束光束，其中，所述第一分束光束为所述平行光束中被所述分束器 30透过的部分，且所述第一分束光束依次被反射元件 40反射和被所述分束器 30反射后到达图像采集器 60，形成参考光束；所述第二分束光束为所述平行光束中被所述分束器 30反射的部分，且所述第二分束光束依次被待测量的反射镜 300反射和被所述分束器 30透过后到达所述图像采集器 60，形成待测物测量光束；其中，所述参考光束和所述待测物测量光束发生干涉。

当所述参考光束和所述待测物测量光束发生干涉时，所述反射镜面型测量系统100的图像采集器 60可采集到物场全息图。相应地，在步骤S140中，可通过所述反射镜面型测量系统 100的图像采集器 60获取所述物场全息图，如图14所示。

应可以理解，在本申请的反射镜面型测量方法中，可通过其他方式获取所述参考全息图和所述物场全息图，例如，通过其他光学系统或设备使得参考光束和参考物测量光束干涉，以获得所述参考全息图，使得参考光束和待测物光束干涉，以获得所述物场全息图。

在步骤S150中，对参考全息图和物场全息图进行全息重建。值得一提的是，在本申请中，创建了新的衍射重建算法，能够避免频率泄露，进而提高全息重建精度，还能够快速地测量。

具体地，在步骤S150中，通过特定的傅里叶变换公式对参考全息图进行傅里叶变换，以得到所述参考全息图的频谱图；对所述参考全息图的频谱图进行频谱数值重建，以得到参考重建场；通过特定的傅里叶变换公式对物场全息图进行傅里叶变换，以得到所述物场全息图的频谱图；对所述物场全息图的频谱图进行频谱数值重建，以得到物场重建场；基于所述物场重建场和参考重建场，消除所述参考重建场的背景，以得到消除背景后的物场重建场。

相应地，如图5所示，步骤S150包括步骤：S151，通过特定的傅里叶变换公式分别对参考全息图和物场全息图进行傅里叶变换，以得到所述参考全息图的频谱图和所述物场全息图的频谱图；S152，分别对所述参考全息图的频谱图和所述物场全息图的频谱图进行频谱数值重建，以得到参考重建场和物场重建场；步骤S153，基于所述物场重建场和参考重建场，消除所述参考重建场的背景，以得到消除背景后的物场重建场。

所述物场全息图为参考光束和待测物测量光束发生干涉时图像采集器 60采集到的全息图，所述待测物测量光束为待测量的反射镜 300反射的光线；所述参考全息图为参考光束和参考物测量光束发生干涉时图像采集器 60采集到的全息图，所述参考物测量光束为标准反射镜反射的光线。

所述特定的傅里叶变换公式为：

；

其中，BL表示信号x(n)的一维傅里叶变换值；P表示相移项，；N表示一维信号的采样数；f1表示目标频率的最小值；f2表示目标频率的最大值；fs表示预设采样频率；M表示输出的频率点数；A表示复数起始点的系数，；W表示相邻点在轮廓上的复数比例的值，；i为虚数单位；z表示频率坐标。

值得一提的是，本申请中，所述特定的傅里叶变换公式专为光学算法而设计，相较于非光学器件的测量，与反射镜的测量适配度较高。具体地，根据卷积定理，频域的相移等价于空域的平移，所以直接乘一个相位项P就可以了，这一部分是有别于其他一维布鲁斯坦(Bluestein)傅里叶变换的。

在通过特定的傅里叶变换公式对参考全息图进行傅里叶变换的过程中，通过所述特定的傅里叶变换公式对所述参考全息图的每一行图像数据进行一维傅里叶变换，以得到频率域中的参考全息图中间图像；通过所述特定的傅里叶变换公式对所述频率域中的参考全息图中间图像的每一列图像数据进行一维傅里叶变换，以得到经过二维傅里叶变换的参考全息图，进而得到所述参考全息图的频谱图。

在通过特定的傅里叶变换公式对物场全息图进行傅里叶变换的过程中，通过所述特定的傅里叶变换公式对所述物场全息图的每一行图像数据进行一维傅里叶变换，以得到频率域中的物场全息图中间图像；通过所述特定的傅里叶变换公式对所述频率域中的物场全息图中间图像的每一列图像数据进行一维傅里叶变换，以得到经过二维傅里叶变换的物场全息图，进而得到所述物场全息图的频谱图。

相应地，步骤S151包括步骤：S1511，通过所述特定的傅里叶变换公式对所述参考全息图的每一行图像数据进行一维傅里叶变换，以得到频率域中的参考全息图中间图像；S1512，通过所述特定的傅里叶变换公式对所述频率域中的参考全息图中间图像的每一列图像数据进行一维傅里叶变换，以得到经过二维傅里叶变换的参考全息图，进而得到所述参考全息图的频谱图；S1513，通过所述特定的傅里叶变换公式对所述物场全息图的每一行图像数据进行一维傅里叶变换，以得到频率域中的物场全息图中间图像；以及，S1514，通过所述特定的傅里叶变换公式对所述频率域中的物场全息图中间图像的每一列图像数据进行一维傅里叶变换，以得到经过二维傅里叶变换的物场全息图，进而得到所述物场全息图的频谱图。

应可以理解，也可先对所述参考全息图的列图像数据或者所述物场全息图的列图像数据进行一维傅里叶变换，以得到频率域中的参考全息图中间图像或频率域中的物场全息图中间图像，然后对所述频率域中的参考全息图中间图像的行图像数据或者所述频率域中的物场全息图中间图像的行图像数据进行一维傅里叶变换。

在对所述参考全息图的频谱图进行频谱数值重建的过程中，对所述参考全息图的频谱图进行频移，以得到频移后的参考全息图频谱；通过衍射重建计算公式对所述频移后的参考全息图频谱进行数值重建，以得到所述参考重建场。

在对所述物场全息图的频谱图进行频谱数值重建的过程中，对所述物场全息图的频谱图进行频移，以得到移频后的物场全息图频谱；通过所述衍射重建计算公式对所述移频后的物场全息图频谱进行数值重建，以得到所述物场重建场。

相应地，步骤S152包括步骤：S1521，对所述参考全息图的频谱图进行频移，以得到频移后的参考全息图频谱；S1522，通过衍射重建计算公式对所述频移后的参考全息图频谱进行数值重建，以得到所述参考重建场；S1523，对所述物场全息图的频谱图进行频移，以得到移频后的物场全息图频谱；以及，S1524，通过所述衍射重建计算公式对所述移频后的物场全息图频谱进行数值重建，以得到所述物场重建场。

所述衍射重建计算公式为：

；

其中，R表示数值重建值；λ表示光线的波长；k=2π/λ；x表示观察平面中的x轴方向上的坐标值；y表示观察平面中的y轴方向上的坐标值；u表示源平面中的u轴方向上的坐标值；v表示源平面中的v轴方向上的坐标值；fR表示频移后的全息图频谱。

可将通过所述特定的傅里叶变换公式对参考全息图进行傅里叶变换后得到的参考全息图的频谱图的有用信息定位在频率平面的中心；将通过所述特定的傅里叶变换公式对物场全息图进行傅里叶变换后得到的物场全息图的频谱图定位在频率平面的中心。

相应地，在对所述参考全息图的频谱图进行频移的过程中，先选取参考全息图的频谱图的一级频谱所在区域；然后，创建零矩阵；接着，将选取的参考全息图的频谱图的一级频谱所在区域移动至所述零矩阵的中心，以得到所述移频后的参考全息图频谱；其中，参考全息图的频谱图的一级频谱为参考全息图的频谱图的有用信息。

在对所述物场全息图的频谱图进行频移的过程中，先选取物场全息图的频谱图的一级频谱所在区域；然后，创建零矩阵；接着，将选取的物场全息图的频谱图的一级频谱所在区域移动至所述零矩阵的中心，以得到所述移频后的物场全息图频谱；其中，物场全息图的频谱图的一级频谱为物场全息图的频谱图的有用信息。

相应地，步骤S1521包括步骤：S15211，选取参考全息图的频谱图的一级频谱所在区域；S15212，创建零矩阵；以及，S15213，将选取的参考全息图的频谱图的一级频谱所在区域移动至所述零矩阵的中心，以得到所述移频后的参考全息图频谱。

步骤S1523包括步骤：S15231，选取物场全息图的频谱图的一级频谱所在区域；S15232，创建零矩阵；以及，S15233，将选取的物场全息图的频谱图的一级频谱所在区域移动至所述零矩阵的中心，以得到所述移频后的物场全息图频谱。

在步骤S153中，基于所述物场重建场和参考重建场，消除所述参考重建场的背景。具体地，将所述物场重建场除以所述参考重建场，以得到消除背景后的物场重建场。

在步骤S160中，获取所述消除背景后的物场重建场的相位分布，具体地，步骤S160包括步骤：S161，计算所述消除背景后的物场重建场的相位信息；以及，S162，对所述消除背景后的物场重建场的相位信息进行相位解包裹，以获取连续的相位分布。

所述消除背景后的物场重建场的相位信息可用wp表示，其中，wp = angle(U)；其中，angle表示计算复数的相位角（数学上），也表示计算复数场的相位（物理上）。若U = a+bi，则angle(U) = arctan(b/a)。

可利用最小二乘法或者其他相位解包裹算法对所述消除背景后的物场重建场的相位信息进行相位解包裹操，以获取连续的相位分布。

如图15所示，在步骤S170中，基于所述消除背景后的物场重建场的相位分布计算待测量的反射镜 300的三维轮廓数据：

；

其中，H表示待测量的反射镜 300的各个点相对于设定的标准面的高度；λ表示光线的波长；D表示所述消除背景后的物场重建场的相位分布；Re表示反射镜面型测量系统100的工作环境的折射率。

示意性电子设备

如图16所示，根据本申请实施例的电子设备 200被阐明。所述电子设备 200包括一个或多个处理器 210和存储器 220。所述处理器 210可以是中央处理单元(CPU)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其他形式的处理单元。所述存储器 220在所述存储器 220中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被所述处理器 210运行时使得所述处理器 210执行如上所述的反射镜面型测量方法。

综上，根据本申请实施例的反射镜面型测量系统 100和反射镜面型测量方法被阐明。所述反射镜面型测量系统 100能够用于测量反射镜的面型，且结构紧凑，复杂度较低，有利于集成在现有的产线机台上。所述反射镜面型测量方法能够避免频率泄露，进而提高全息重建精度。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (10)

1.反射镜面型测量方法，其特征在于，包括步骤：

对参考全息图和物场全息图进行全息重建，包括步骤：

通过特定的傅里叶变换公式分别对参考全息图和物场全息图进行傅里叶变换，以得到所述参考全息图的频谱图和所述物场全息图的频谱图；

分别对所述参考全息图的频谱图和所述物场全息图的频谱图进行频谱数值重建，以得到参考重建场和物场重建场；以及

基于所述物场重建场和参考重建场，消除所述参考重建场的背景，以得到消除背景后的物场重建场；

获取所述消除背景后的物场重建场的相位分布；以及

基于所述消除背景后的物场重建场的相位分布计算待测量的反射镜的三维轮廓数据；

其中，所述物场全息图为参考光束和待测物测量光束发生干涉时图像采集器采集到的全息图，所述待测物测量光束为待测量的反射镜反射的光线；所述参考全息图为参考光束和参考物测量光束发生干涉时图像采集器采集到的全息图；

其中，所述特定的傅里叶变换公式为：

；

其中，BL表示信号x(n)的一维傅里叶变换值；P表示相移项，；N表示一维信号的采样数；f1表示目标频率的最小值；f2表示目标频率的最大值；fs表示预设采样频率；M表示输出的频率点数；A表示复数起始点的系数，；W表示相邻点在轮廓上的复数比例的值，；i为虚数单位；z表示频率坐标。

2.根据权利要求1所述的反射镜面型测量方法，其中，通过特定的傅里叶变换公式分别对参考全息图和物场全息图进行傅里叶变换，以得到所述参考全息图的频谱图和所述物场全息图的频谱图，包括步骤：

通过所述特定的傅里叶变换公式对所述参考全息图的每一行图像数据进行一维傅里叶变换，以得到频率域中的参考全息图中间图像；

通过所述特定的傅里叶变换公式对所述频率域中的参考全息图中间图像的每一列图像数据进行一维傅里叶变换，以得到经过二维傅里叶变换的参考全息图，进而得到所述参考全息图的频谱图；

通过所述特定的傅里叶变换公式对所述物场全息图的每一行图像数据进行一维傅里叶变换，以得到频率域中的物场全息图中间图像；以及

通过所述特定的傅里叶变换公式对所述频率域中的物场全息图中间图像的每一列图像数据进行一维傅里叶变换，以得到经过二维傅里叶变换的物场全息图，进而得到所述物场全息图的频谱图。

3.根据权利要求2所述的反射镜面型测量方法，其中，分别对所述物场全息图的频谱图和所述参考全息图的频谱图进行频谱数值重建，以得到物场重建场和参考重建场，包括步骤：

对所述参考全息图的频谱图进行频移，以得到频移后的参考全息图频谱；

通过衍射重建计算公式对所述频移后的参考全息图频谱进行数值重建，以得到所述参考重建场；

对所述物场全息图的频谱图进行频移，以得到移频后的物场全息图频谱；以及

通过所述衍射重建计算公式对所述移频后的物场全息图频谱进行数值重建，以得到所述物场重建场；

其中，所述衍射重建计算公式为：

；

其中，R表示数值重建值；λ表示光线的波长；k=2π/λ；x表示观察平面中的x轴方向上的坐标值；y表示观察平面中的y轴方向上的坐标值；u表示源平面中的u轴方向上的坐标值；v表示源平面中的v轴方向上的坐标值；fR表示频移后的全息图频谱。

4.根据权利要求3所述的反射镜面型测量方法，其中，

对所述参考全息图的频谱图进行频移，包括步骤：

选取参考全息图的频谱图的一级频谱所在区域；

创建用于得到移频后的物场全息图频谱的零矩阵；以及

将选取的参考全息图的频谱图的一级频谱所在区域移动至所述用于得到移频后的物场全息图频谱的零矩阵的中心，以得到所述移频后的参考全息图频谱；

对所述物场全息图的频谱图进行频移，包括步骤：

选取物场全息图的频谱图的一级频谱所在区域；

创建用于得到移频后的物场全息图频谱的零矩阵；以及

将选取的物场全息图的频谱图的一级频谱所在区域移动至所述移频后的物场全息图频谱的零矩阵的中心，以得到所述移频后的物场全息图频谱。

5.根据权利要求1所述的反射镜面型测量方法，其中，获取所述消除背景后的物场重建场的相位分布，包括步骤：

计算所述消除背景后的物场重建场的相位信息；以及

对所述消除背景后的物场重建场的相位信息进行相位解包裹，以获取连续的相位分布。

6.根据权利要求1所述的反射镜面型测量方法，其中，通过以下公式计算待测量的反射镜的三维轮廓数据：

；

其中，H表示待测量的反射镜的各个点相对于设定的标准面的高度；λ表示光线的波长；D表示所述消除背景后的物场重建场的相位分布；Re表示反射镜面型测量系统的工作环境的折射率。

7.根据权利要求1所述的反射镜面型测量方法，其中，所述反射镜面测量方法，在对参考全息图和物场全息图进行全息重建之前还包括步骤：

形成第一测量光路，其中，在所述第一测量光路中，被标准反射镜反射的光线和参考光束发生干涉；

获取参考全息图；

形成第二测量光路，其中，在所述第二测量光路中，被待测量的反射镜反射的光线和所述参考光束发生干涉；以及

获取物场全息图。

8.根据权利要求7所述的反射镜面型测量方法，其中，在形成所述第一测量光路的过程中，搭建反射镜面型测量系统，并将标准反射镜置于所述反射镜面型测量系统的载物台，且将所述标准反射镜的反射面朝向所述反射镜面型测量系统的分束器，以在所述反射镜面型测量系统的激光光源出射光线后形成所述第一测量光路；

在形成所述第二测量光路的过程中，搭建所述反射镜面型测量系统，并将待测量的反射镜置于所述反射镜面型测量系统的载物台，且将所述待测量的反射镜的反射面朝向所述反射镜面型测量系统的分束器，以在所述反射镜面型测量系统的激光光源出射光线后形成所述第二测量光路。

9.根据权利要求8所述的反射镜面型测量方法，其中，在将待测量的反射镜置于所述待测量的反射镜的载物台的过程中，将待测量的反射镜单独置于所述载物台，或者，将安装有所述待测量的反射镜的器件整体置于所述载物台。

10.电子设备，其特征在于，包括：

处理器；以及

存储器，在所述存储器中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被所述处理器运行时使得所述处理器执行如权利要求1-7中任一所述的反射镜面型测量方法。