基于近场散斑的大曲率X射线光学元件面形检测方法与流程

本发明涉及光学元件面形检测，尤其涉及一种基于近场散斑的大曲率x射线光学元件面形检测方法。

背景技术：

1、现有近场散斑波前检测技术的立足点在于散斑图样在传播过程中形状和尺寸不发生变化。通过探测器直接拍照的方法获得参考图，方便快携的同时，也限制了参考图的有效使用范围。例如在大曲率光学元件检测中，直接测得的参考图有效信息被湮没，无法使用。当被测光学元件属于薄透镜和平面镜时，散斑图样受到的影响可以忽略。此时，面形误差造成的散斑位移是主要现象，并可被用于检测面形。当待测光学元件的面形曲率较大(对应面形曲率半径小)时，面形会使散斑图样发生明显变化，使所需的散斑位移信息无从分辨。因此需要一种基于近场散斑的大曲率x射线光学元件面形检测方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是要提供一种基于近场散斑的大曲率x射线光学元件面形检测方法。

2、为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

3、本发明包括分离面形误差造成的散斑位移，生成仅包含面形误差信息的参考图；合成理想面形与面形误差得到检测结果，具体包括以下步骤：

4、通过不同光路布局分别获取散斑图a、散斑图b和散斑图c的图像数据；

5、在散斑图a和散斑图b之间进行dic运算，获得入射光的波前分布；

6、基于散斑图a、入射光的波前和待测光学元件的理想模型，使用光学仿真技术生成参考图像；

7、在所述参考图像与散斑图c之间进行dic运算，获得待测光学元件的面形误差；

8、合成待测光学元件的理想模型与面形误差，获得待测光学元件的实际面形。

9、进一步地，根据近场散斑传播理论和光学元件的理想面形预测大曲率光学元件产生的散斑的严重形变，将面形误差造成的散斑位移与其分离，生成仅包含面形误差信息的参考图；直接检测面形误差；通过合成理想面形与面形误差，实现对大曲率x射线光学元件实际面形的检测。

10、进一步地，获取所述散斑图a、散斑图b和散斑图c的图像数据的方法包括光路为同步辐射单色x射线光路，所述光路上游设置有散斑生成器并通过探测器采集图像,采集的图像为散斑图；

11、设置散斑生成器和探测器的初始位置l1，采集的图像为散斑图a；

12、探测器沿光路向远离所述散斑生成器方向移动△l距离后采集的图像为散斑图b；

13、当待测元件加入光路中时，采集的图像为散斑图c，且待测元件与探测器的距离l2<△l；

14、进一步地，dic技术通过对无样品信息的散斑图像进行网格划分，然后计算每个子块与有样品信息散斑图像(即样品图)每个位置处对应子块的相似性，最相似处即该子块在加入样品后的位置，进而获得该子块的位移。综合全部子块的位移，即可获得单色x射线通过样品时的折射信息。

15、进一步地，合成前对所述面形误差数据插值处理。

16、进一步地，散斑由散斑生成器在x射线光路中生成，散斑生成器对入射光的波前进行调制，将其厚度或折射率分布的随机性赋予波前，同时入射光在传播过程中波前的高频随机分布保持不变。

17、进一步地，以仿真和实验分别获取参考图和样品图，在两者之间进行dic运算并获得子块位移分布图，结合光路布局反推单色x射线通过样品时的折射信息，并将其重建为样品的面形误差。

18、本发明的有益效果是：

19、本发明是一种基于近场散斑的大曲率x射线光学元件面形检测方法及其系统，与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

20、本发明根据近场散斑传播理论和光学元件的理想面形预测大曲率光学元件产生的散斑的严重形变，将面形误差造成的散斑位移与其分离，生成仅包含面形误差信息的参考图；直接检测面形误差；通过合成理想面形与面形误差，实现对大曲率x射线光学元件实际面形的检测。

21、新方法通过分解大曲率光学元件的理想面形与面形误差的方法，绕过“大曲率”这一限制，达到检测大曲率x射线光学元件面形的目的，建立应用范围更广的近场散斑波前检测方法。

技术特征：

1.一种基于近场散斑的大曲率x射线光学元件面形检测方法，其特征在于，通过分离面形误差造成的散斑位移，生成仅包含面形误差信息的参考图；合成理想面形与面形误差得到检测结果，具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述一种基于近场散斑的大曲率x射线光学元件面形检测方法，其特征在于，根据近场散斑传播理论和光学元件的理想面形预测大曲率光学元件产生的散斑的严重形变，将面形误差造成的散斑位移与其分离，生成仅包含面形误差信息的参考图；直接检测面形误差；通过合成理想面形与面形误差，实现对大曲率x射线光学元件实际面形的检测。

3.根据权利要求1所述一种基于近场散斑的大曲率x射线光学元件面形检测方法，其特征在于，获取所述散斑图a、散斑图b和散斑图c的图像数据的方法包括光路为同步辐射单色x射线光路，所述光路上游设置有散斑生成器并通过探测器采集图像,采集的图像为散斑图；

4.根据权利要求1所述一种基于近场散斑的大曲率x射线光学元件面形检测方法，其特征在于，dic通过对无样品信息的散斑图像进行网格划分，然后计算每个子块与有样品信息散斑图像每个位置处对应子块的相似性，最相似处即该子块在加入样品后的位置，进而获得该子块的位移。

5.根据权利要求1所述一种基于近场散斑的大曲率x射线光学元件面形检测方法，其特征在于，合成前对所述面形误差数据插值处理。

6.根据权利要求1所述一种基于近场散斑的大曲率x射线光学元件面形检测方法，其特征在于，散斑由散斑生成器在x射线光路中生成，散斑生成器对入射光的波前进行调制，将其厚度或折射率分布的随机性赋予波前，同时入射光在传播过程中波前的高频随机分布保持不变。

7.根据权利要求1所述一种基于近场散斑的大曲率x射线光学元件面形检测方法，其特征在于，以仿真和实验分别获取参考图和样品图，在两者之间进行dic运算并获得子块位移分布图，结合光路布局反推单色x射线通过样品时的折射信息，并将其重建为样品的面形误差。

技术总结本发明公开了一种基于近场散斑的大曲率X射线光学元件面形检测方法，通过不同光路布局分别获取散斑图A、散斑图B和散斑图C的图像数据；在散斑图A和散斑图B之间进行DIC运算，获得入射光的波前分布；基于散斑图A、入射光的波前和待测光学元件的理想模型，用光学仿真技术生成参考图像；在所述参考图像与散斑图C之间进行DIC运算，获得待测光学元件的面形误差；合成待测光学元件的理想模型与面形误差，获得待测光学元件的实际面形。本发明根据近场散斑传播理论和光学元件的理想面形预测大曲率光学元件产生的散斑严重形变，进而扣除这一严重形变，准确测量面形误差，通过合成理想面形与面形误差，实现对大曲率X射线光学元件实际面形的检测。技术研发人员：李凡,杨俊亮,王平全,张辉,姚春霞,杨福桂,李明,张亚楠受保护的技术使用者：中国计量科学研究院技术研发日：技术公布日：2024/11/4