基于反射数据解耦表面形貌的光学元件内应力计算方法

本发明涉及光学元件内应力计算方法，具体涉及一种基于反射数据解耦表面形貌的光学元件内应力计算方法。

背景技术：

1、在精密光学元件（如模造玻璃透镜、激光晶体、手机盖板玻璃等）的制造与检测过程中，同时评价其表面质量（如面型精度、粗糙度、划痕）和内部质量（如残余应力、材料均匀性）具有重要意义。

2、现有的检测技术通常采用分立式方案：使用白光干涉仪或共聚焦显微镜测量表面形貌；使用偏振显微镜或光弹仪测量内部应力（双折射）。这种分立式测量存在效率低、设备成本高的问题，且由于光学元件在不同设备间移动，难以实现数据的像素级对应。

3、公开号为cn121275641a的中国发明专利公开了《一种多参数同步测量的综合显微测量系统及其测量方法》，通过设置透射照明模块、反射照明模块、半透半反镜切换机构以及光场复振幅测量仪，实现了在同一工位下对光学元件反射光和透射光的原位采集，有效解决了硬件集成与数据获取的效率问题。然而，该发明未深入解决数据层面的“物理耦合”难题。在光学原理上，当光束透射穿过光学元件时，其携带的相位信息是“表面厚度变化引起的相位差”与“内部折射率不均匀（如应力）引起的相位差”的积分叠加。对于表面存在微观纹路、抛光痕迹或厚度楔角的光学元件，传统的透射测量会将这些表面特征误判为内部应力条纹，导致严重的测量误差。单纯依靠其硬件切换采集，虽然获得了多维图像，但若缺乏有效的数据融合与解耦算法，仍无法获得去除表面干扰后的真实内部应力分布。

技术实现思路

1、为了解决光学元件透射测量时，现有技术无法获得去除表面干扰后的真实内部应力分布的技术问题，本发明提供了一种基于反射数据解耦表面形貌的光学元件内应力计算方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于反射数据解耦表面形貌的光学元件内应力计算方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

4、步骤1、采集目标光学元件的第一反射波前相位数据和总透射波前相位数据，并获取目标光学元件的透射相位延迟量数据；

5、步骤2、将所述第一反射波前相位数据坐标系与总透射波前相位数据的坐标系对齐，并使第一反射波前相位数据与透射相位延迟量分辨率一致，得到第三反射波前相位数据；

6、步骤3、通过所述第三反射波前相位数据计算目标光学元件的实际厚度分布；

7、步骤4、通过所述透射相位延迟量数据和所述实际厚度分布计算目标光学元件的内应力分布，完成目标光学元件的内应力计算。

8、进一步地，步骤1具体为：

9、采集目标光学元件的第一反射波前相位数据和总透射波前相位数据，并获取目标光学元件的透射相位延迟量数据；为第一类数据像素阵列索引；为第二类数据像素阵列索引。

10、进一步地，步骤2中，将第一反射波前相位数据的坐标系与总透射波前相位数据的坐标系对齐，得到第二反射波前相位数据，之后将第二反射波前相位数据映射计算至与透射相位延迟量数据分辨率一致，得到第三反射波前相位数据。

11、进一步地，，步骤2具体包括：

12、步骤2.1、获取目标光学元件第一反射波前相位数据和总透射波前相位数据的第一公共特征点；

13、步骤2.2、根据所述第一公共特征点将第一反射波前相位数据的坐标系与总透射波前相位数据的坐标系对齐，得到第二反射波前相位数据；

14、步骤2.3、将第二反射波前相位数据的分辨率映射计算至与透射相位延迟量数据的分辨率一致，得到第三反射波前相位数据。

15、进一步地，步骤2.2具体包括：

16、步骤2.21、根据所述第一公共特征点获取第一反射波前相位数据和总透射波前相位数据之间的偏移量；

17、步骤2.22、根据所述偏移量对第一反射波前相位数据进行平移校正，使得第一反射波前相位数据的坐标系与总透射波前相位数据的坐标系对齐，得到第二反射波前相位数据。

18、进一步地，步骤2.3具体为：

19、利用空间映射变换模型将第二反射波前相位数据的分辨率映射计算至与透射相位延迟量数据的分辨率一致，得到第三反射波前相位数据。

20、进一步地，步骤3具体包括：

21、步骤3.1、通过第三反射波前相位数据计算目标光学元件的表面高度分布：

22、；

23、其中，为入射光波长；

24、步骤3.2、通过所述表面高度分布计算目标光学元件的实际厚度分布：

25、

26、其中，为目标光学元件最小厚度值。

27、进一步地，步骤4具体为：

28、通过步骤1获取的透射相位延迟量数据和实际厚度分布，计算目标光学元件的内应力分布：

29、；

30、其中，为目标光学元件的应力光学常数；

31、完成目标光学元件的内应力计算。

32、进一步地，步骤1中，通过波前传感器采集目标光学元件的第一反射波前相位数据和总透射波前相位数据，并通过相机获取目标光学元件的透射相位延迟量数据。

33、本发明的有益效果：

34、1、实现了物理层面的真解耦；

35、本发明打破了传统透射测量中“所见即所得”的局限，通过引入反射波前相位数据作为几何基准，利用物理光程差分原理，成功将混杂在透射信号中的表面形貌噪声（如划痕、加工纹理）与内部应力信号分离，显著提高了目标光学元件的内应力分布置信度。

36、2、解决了异源数据配准难题；

37、本发明通过空间坐标系配准，克服了透反射光路在实际工程中难以完全同轴同倍率的问题，确保了差分运算在微观像素级的准确性，避免了边缘伪影。

38、3、提升了应力定量精度；

39、本发明通过计算表面高度分布进而计算目标光学元件的实际厚度，纠正了传统光弹测量中因光学元件厚度不均导致的应力计算误差，特别适用于非球面透镜或楔形玻璃的质量检测。

40、4、最大化硬件价值；

41、本发明充分利用了现有硬件系统（公开号为cn121275641a的中国发明专利《一种多参数同步测量的综合显微测量系统及其测量方法》）的多维数据获取能力，升级实现了“1+1>2”的效果，无需增加额外的硬件成本即可实现高端复合检测功能。

1.一种基于反射数据解耦表面形貌的光学元件内应力计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于反射数据解耦表面形貌的光学元件内应力计算方法，其特征在于，步骤1具体为：

3.根据权利要求2所述的基于反射数据解耦表面形貌的光学元件内应力计算方法，其特征在于：

4.根据权利要求2或3所述的基于反射数据解耦表面形貌的光学元件内应力计算方法，其特征在于，步骤2具体包括：

5.根据权利要求4所述的基于反射数据解耦表面形貌的光学元件内应力计算方法，其特征在于，步骤2.2具体包括：

6.根据权利要求5所述的基于反射数据解耦表面形貌的光学元件内应力计算方法，其特征在于，步骤2.3具体为：

7.根据权利要求6所述的基于反射数据解耦表面形貌的光学元件内应力计算方法，其特征在于，步骤3具体包括：

8.根据权利要求7所述的基于反射数据解耦表面形貌的光学元件内应力计算方法，其特征在于，步骤4具体为：

9.根据权利要求1所述的基于反射数据解耦表面形貌的光学元件内应力计算方法，其特征在于：