一种基于移相误差估计的5步移相算法

移相误差是用移相法进行相位测量的主要误差。本文提出一种 5步移相算法 ,分两步进行相位计算 ,首先估计实际步进移相的线性移相误差 ,然后再利用此移相误差估计值计算相位分布。移相误差估计公式和相位计算公式简洁 ,算法简单易行 ,对线性移相误差和二次谐波的敏感度低 ,可基本消除线性移相误差对解调相位的影响。对本文提出的算法进行了仿真研究 ,同时给出了 Hariharan 5步算法、Surrel 6步最小算法的仿真结果。结果表明 :本算法明显优于以上两种算法 ,可基本消除线性移相误差引起的相位偏移。本算法适用于作等步移相的相位测量或移相的标定。     

消除移相干涉测量中线性移相误差的五帧算法

在移相干涉测量中存在着移相器的移相误差,这对测量结果的精度有很大的影响。提出了消除移相器线性误差的五帧算法,使用该算法对五帧干涉图像进行处理。使用MATLAB软件针对移相干涉测量过程进行了模拟仿真。仿真结果表明,该算法在相位提取过程中可以消除移相器的线性误差因子,并对于常见的高斯噪声影响不敏感,从而提高了表面形貌测量精度。     

基于扩展平均的多步相移算法及误差抑制特性比较

为满足移相干涉测量中纳米甚至亚纳米高准确度检测要求,需采用对误差敏感度更低的相移算法.基于扩展平均技术,在传统4步和3步算法的基础上分别推导了A类和B类5~13步相移算法公式,以5、6、7和13步算法为例,通过仿真及数值计算,比较了两类算法对相移器移相误差及CCD非线性误差的抑制特性.结果表明:同类算法下,步数越多的算法,对这两项误差的抑制效果越好,但达到一定步数后对测量的影响可以忽略;B类算法具有增强的移相误差抑制能力,在相移不准情况下可优先选用B类算法;A类算法对CCD非线性误差几乎完全免疫,而B类算法受一定CCD非线性误差影响,但对大多数高准确度CCD来说,其在常规检测中的影响可以忽略;由相移噪音引入的随机性测量误差的极大值要略大于相移噪音本身,且不同算法对相移噪音的抑制效果差别不大,因此相移噪音对测量的影响不可忽略.文中给出了不同误差影响下各算法引入波面检测误差的比较数据,研究结果可为实际干涉测量中最适相移算法的使用和选用提供理论指导及数据参考.     

用于相移点衍射干涉仪的加权最小二乘相位提取算法

针对现有的相位提取算法只对某些特定的误差不敏感,不能满足高精度光学检测的要求,本文引入一种等间隔多步移相算法—权重待定的加权最小二乘算法。通过在最小二乘算法中添加待定的权重,分析移相点衍射干涉仪中多种误差源对算法的影响,获得多组约束方程,从而确定权重和新算法。对新算法和标准四步算法、Hariharan五步算法进行比对分析,验证了新算法对PZT线性和二阶非线性移相不准、光强的一阶二阶波动和光源频率一阶二阶波动等误差抑制能力远远优于标准四步算法和Hariharan五步算法;新算法对CCD的量化误差、光强噪声、频率噪声的抑制能力也具有一定优势,且对CCD的二阶响应非线性完全不敏感。     

斐索型球面干涉仪移相误差的探讨

本文对斐索型球面干涉仪的移相原理误差进行了理论推导和计算;应用移相干涉术的三步法和五步法,分析和比较了球面移相误差对波面复原精度的影响,并给出了有关数据和曲线。最后,提出了几种减小球面测量误差的措施。     

一种同步移相干涉测量系统的误差研究

根据偏振光的琼斯矩阵理论,分析了一种基于二维光栅分光的同步移相干涉测量系统的工作原理。从干涉系统、分光系统以及移相系统三个部分详细研究了该系统的误差产生原因和作用机理,并针对各种误差源提出了相应的解决办法,为同步移相干涉测量系统中光学元件的选择、光路的调整及其误差的补偿提供了理论依据。结果表明,干涉部分的误差影响较小,可以通过光路的设计降低分光部分的误差;移相系统的误差最大,必须要对移相误差进行标定。     

干涉仪自适应抗振的空间移相术

根据时域移相算法的概念,提出了一种空间移相术,它能够检测因外界振动导致条纹抖动而引起的干涉图样的空间相位变化.运用这种技术在TwymanGreen移相式干涉仪中建立了一套自适应抗振系统,它可以实时测量振动引起的相位变化大小,并通过反馈器件PZT实时校正干涉条纹的相位,使得干涉条纹稳定以保证光学测量的正常进行,与此同时PZT还作为移相器件.     

平行平板光学参数的快速高精度测量方法

提出一种基于特征多项式的波长移相干涉测量方法。首先,将该方法与两步绝对测量法结合,对多表面干涉技术进行理论研究;然后,以特征图和特征多项式理论为基础设计出一种加权多步波长移相算法,用于对平板的表面面形、光学厚度变化以及光学均匀性信息进行提取计算,并通过移相算法的评价函数及其傅里叶表达式展示了算法对误差的抗扰度;最后,将该算法与OPL算法进行对比。结果表明,所提方法在不同厚度平行平板光学均匀性的测量上具有速度快、精度高的优势。     

在随机和倾斜移相下光强归一化的迭代移相算法

由于存在振动和导向误差,干涉仪移相器在移相过程中产生随机的平移误差和倾斜误差,会给测量结果带来影响。因此高精度测量中对环境的稳定性和移相器的性能要求很苛刻。为了降低此种要求,针对随机和倾斜移相下干涉图背景光强和调制度的不均匀会影响移相平面计算的问题,对采集得到的干涉图做归一化处理,并利用迭代最小二乘法对归一化的干涉图做相位求解。迭代过程中,将干涉图分块来求解移相值,并对各移相值做平面拟合得到移相平面。仿真结果表明,该方法消除了背景光强和调制度的不均匀对倾斜系数计算的耦合作用,能够有效补偿倾斜移相误差对面形相位的影响,与其他方法相比,具有收敛速度快、求解精度高的特点。实验结果进一步验证了该方法的有效性。     

移相式干涉仪在锥体棱镜角度测试中的应用

为了实时、高精度地测试光学零件，对移相式数字波面干涉仪在锥体棱镜角度测试中的应用进行了研究。通过锥体棱镜二面角偏差计算方法得到了二面角偏差和干涉波面之间的关系，分析了干涉波面的形状与锥体棱镜综合误差的关系，编写了锥体棱镜角度和综合误差测试程序，并且在移相式数字波面干涉仪和ZYGO干涉仪上分别对锥体棱镜进行测试，给出了2者的比较测试结果。结果表明，移相式数字波面干涉仪测量锥体棱镜二面角偏差的误差在0.3″范围内，RMS值的测量误差在λ/50内；提出的方法可实现检测过程的自动化。     

Analysis of Phase Measurement Errors in Electro-Optic Holography

This paper presents the results of an error analysis in electro-optics holography. These errors include phase measurement errors due to the linear phase shifter errors in static electro-optic holography, and phase measurement errors due to the errors in the vibrating bias amplitude and phase in dynamic electro-optic holography. Through the error analysis, we found that the phase shifting errors in static electro-optic holography are twice as large as those in the conventional 4-bucket phase shifting algorithm, and the phase shifting errors in dynamic electro-optic holography are similar to those in the 4-bucket phase shifting algorithm.     

Instantaneous phase shifting arrangement for microsurface profiling of flat surfaces

Phase shifting interferometry is a well-established technique for non-contact surface profile measurement. Though phase shifting technique has many advantages, it is marred by a few inaccuracies due to the vibration and mechanical movement of the phase shifter itself. Significant amount of work is reported to theoretically compensate these error sources. But for a few works, prominent achievements have not been reported in eliminating these error sources in phase shifting interferometry. In this paper, a novel optical layout, in combination with instantaneous phase shifting interferometry is described. Experiments were carried out with this setup on a super mirror with a λ/20 surface roughness, to demonstrate the validity of the principle.     

抑制高阶谐波误差的随机相移条纹分析算法

高阶谐波和随机相移误差是影响条纹分析精度的主要因素。为了同时解决这两个问题,提出了基于频域滤波的迭代相移算法。该算法采用巴特沃斯低通滤波器,从频域上滤除条纹的高阶谐波分量,再运用最小二乘迭代方法从三帧随机相移条纹图像中提取相位信息。数值模拟和实验结果表明,该算法可有效地抑制由高阶谐波和随机相移引入的波纹误差,误差PV值和RMS值分别为0.368 8 rad和0.025 3 rad,其精度高于传统的三步相移算法和Wang算法。该方法适合于高精度干涉测量和三维物体表面轮廓测量。     

New algorithm of white-light phase shifting interferometry pursing higher repeatability by using numerical phase error correction schemes of pre-processor, main processor, and post-processor

White-light phase shifting interferometry (WLPSI) is frequently used for the precision measurement of 3D patterns in various fields. Phase error is one of the most dominant errors in WLPSI, and it is mainly generated by the scanner positioning error and mechanical vibrations. In this paper, phase error detection method by image analysis is proposed, and the numerical correction method for minimizing the phase error is also proposed. The image reconstruction method (IRM), iterative IRM (IIRM) as pre-processors, partial IRM (PIRM), least squares method (LSM) as a main processor, and surface compensation method (SCM) as a post-processor were developed for correcting phase errors. The five methods are implemented and simulated, and the pros and cons of each method are explained.Mirau type interferometry and the phase error generator using a PZT stage were used, and the measurements by WLPSI were done under various vibration conditions. The captured images were analyzed by the five correction methods, and the results were compared. Phase error was effectively minimized by the correction methods, and repeatability of 0.2 nm was obtained in the case of the specimen of 500 nm in height. Repeatability of 10 nm was obtained by conventional WLPSI algorithms for the same specimen.     

相位移法中的量化误差效应

对相位移测量技术中的条纹强度量化所引起的相位误差进行了定量研究，给出了相位测量误差与条纹强度误差之间的统计关系式，对条纹强度量化误差进行傅时叶级数展开，并利用条纹强度与相位的关系求得该级数的系数，进而得到的标准Ｎ幅算法的相位的解析表达式，最后对强度量化误差效应的一些影响因素进行了讨论。     

移相干涉术的一种新算法：重叠四步平均法

提出了一种能大大地减小由于移相器的位移误差而引起相位复原误差的新方法，即重叠四步平均法（Ｏｖｅｒｌａｐｐｉｎｇ Ａｖｅｒａｇｉｎｇ ４－Ｆｒａｍｅ （ＯＡＦ） Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）。给出了这种方法的盯们复原精度与移相器的位移误差之间的关系式，从关系式中可见，ＯＡＦ算法大大地减小由于移相器的位移误差而引起相位复原误差，通过计算机模拟，得到了各种算法的相位复原精度与移相器的位移误差之间的关系曲线，分析     

相位测量轮廓术中随机相移误差的校正算法

在相位测量轮廓术(PMP)中．随机相移误差足导致测量误差的重要因素,提出一种新的随机相移误差的校正算法,在五步相移的基础上不需要求解相位分布．通过近似处理可以直接求解相移过程中存在的随机相移误差,在保证精度的情况下,能大大减少迭代次数和计算量。推导了新算法的计算公式,详细说明了随机相移误差的求解过程。计算机模拟和实验证实了新的算法的有效性。与In-bok Kong的算法相比较,新算法能大大减少迭代次数和计算量。该新算法也同样适用于相移干涉计量。     

振动对面形测量误差的影响分析

振动会使高精度面形测量产生误差。建立了振动对干涉测量面形的误差模型,应用13步移相算法分析了在振幅为63 nm时的误差情况。分析结果表明,当面形测量误差的敏感频率为12 Hz时,振动引起的面形均方根(RMS)误差约为12 nm。通过实验进行了验证,仿真分析结果和实验结果基本相同。实验分析了在12 Hz时,振幅为5~63 nm时,对应的测量面形RMS误差为1~7.1 nm,振幅和RMS误差线性增大。为不同振动频率和振幅引起的面形RMS的误差分析和高精度面形测量的振动环境控制提供了一定的参考。     

An Improvement of Spatial Carrier Phase-shifting Method

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｐｈａｓｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓ ｐｌａｙａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｏｐｔｉｃａｌｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ[1] .Ｆｉｇ .1ＭａｉｎｐｈａｓｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄＳｏｍｅｍａｉｎｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄｉｎＦｉｇ .1 .Ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅｍｅｔｈｏｄ (ＨＭ )ｃａｎｒｅｔｒｉｅｖｅｔｈｅｐｈａｓｅｗｉｔｈａｎａｃｃｕｒａｃｙｏｆｂｅｔｔｅｒｔｈａｎ 1 1 0 0 0ｗａｖｅ ,ｂｕｔｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｉ…