專利名稱：在球面面形干涉檢測(cè)中高精度消除離焦誤差及傾斜誤差的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)元件的干涉測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種在球面面形干涉檢測(cè)中高 精度消除離焦誤差及傾斜誤差的方法。
背景技術(shù)：
隨著光學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)球面面形的檢測(cè)精度需求也越來(lái)越高。球面干涉 檢測(cè)技術(shù)可以快速實(shí)現(xiàn)球面光學(xué)元件高精度的檢測(cè)，為此球面面形的干涉檢測(cè)技術(shù)被不斷 改進(jìn)并得到廣泛應(yīng)用。在實(shí)際的干涉測(cè)試中通過(guò)調(diào)整機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)被檢球面處以零位檢測(cè)的 位置，但實(shí)際的機(jī)構(gòu)不理想使得測(cè)試結(jié)果中總會(huì)包含離焦誤差以及傾斜誤差等裝調(diào)誤差。 為此人們提出了去除面形測(cè)試結(jié)果中的對(duì)應(yīng)常數(shù)項(xiàng)、離焦項(xiàng)和傾斜項(xiàng)以實(shí)現(xiàn)裝調(diào)誤差的去 除，該方法的基本步驟是對(duì)測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行Zernike擬合，根據(jù)系數(shù)意義和Zernike多項(xiàng) 式擬合性質(zhì)以去除對(duì)應(yīng)裝調(diào)誤差。這種傳統(tǒng)的方法簡(jiǎn)單方便，在被檢面的F/#較大以及精 度要求不高的情況下可以很好的滿足人們的需求。但隨著被檢面F/#的變小以及精度要求 的提高，傳統(tǒng)的方式不能高精度的去除離焦誤差帶來(lái)的影響。目前尚無(wú)合適的在球面面形 檢測(cè)中高精度去離焦等裝調(diào)誤差的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述方法的不足，提供一種在球面面形干涉檢測(cè)中高精度消 除離焦誤差及傾斜誤差的方法。在球面面形干涉檢測(cè)中高精度消除離焦誤差及傾斜誤差的方法包括以下步驟1)利用干涉儀測(cè)得待測(cè)球面的面形數(shù)據(jù)W(x，y)，確定球面的被檢區(qū)域；2)通過(guò)白光干涉法測(cè)得待測(cè)球面的曲率半徑R ；3)測(cè)出待測(cè)球面的口徑并結(jié)合干涉儀標(biāo)準(zhǔn)面的F數(shù)得到待測(cè)球面被檢區(qū)域任一 點(diǎn)(X，Y)所對(duì)應(yīng)孔徑角α，其中最大孔徑角為Qmax ；4)對(duì)步驟1)中測(cè)得待測(cè)球面的面形數(shù)據(jù)W(x，y)進(jìn)行36項(xiàng)澤尼克多項(xiàng)式擬合得 到常數(shù)項(xiàng)系數(shù)Zp Y方向傾斜項(xiàng)系數(shù)ζ” X方向傾斜項(xiàng)系數(shù)Z2和離焦項(xiàng)系數(shù)z3，消除待測(cè)球 面的面形數(shù)據(jù)w(x，y)中的傾斜項(xiàng)和常數(shù)項(xiàng)得到面形數(shù)據(jù)W1Ud)；5)利用離焦項(xiàng)系數(shù)Z3和被檢區(qū)域的孔徑角α max得到待檢球面測(cè)試中離焦量的估6)由離焦量δ和被檢面孔徑角α，得到待檢球面被檢區(qū)域任一點(diǎn)(X，y)在測(cè)試 過(guò)程中由離焦引入的光程差OPD = δ · (l-cosa)；7)消除步驟4)得到的待測(cè)球面波面數(shù)據(jù)W1Oc, y)中由于面形測(cè)試過(guò)程中因離焦 引入光程差0PD，得到初次去除離焦后待測(cè)球面波面數(shù)據(jù)W2 (X，y) = W1 (x, y)-0PD ；8)對(duì)待測(cè)球面波面數(shù)據(jù)W2 (X，y)進(jìn)行36項(xiàng)澤尼克多項(xiàng)式擬合，得到
W2 (x, y) = Z' o+Z' j+1' 2x+Z' 3[2 (x2+y2) _1]+Z‘ 4(y2-x2) +. 消除常數(shù)項(xiàng)系數(shù)Zc/、￥方向傾斜項(xiàng)系數(shù)Z/、X方向傾斜系數(shù)Z2'和離焦項(xiàng)系數(shù) Z3'，得到待測(cè)球面的面形數(shù)據(jù)W3(X，y) =Z' 4(y2-x2)+......所述的通過(guò)白光干涉法測(cè)得待測(cè)球面的曲率半徑R步驟為利用光源為白光擴(kuò)展光源且?guī)в醒a(bǔ)償板的邁克爾遜干涉儀的白光干涉零級(jí)暗條 紋定位，移動(dòng)邁克爾遜干涉儀的參考平面，測(cè)出平面與球面兩次相交圓的半徑Α和r2及兩 位置球面矢高之差的值D，被檢面的曲率半徑R為
權(quán)利要求
一種在球面面形干涉檢測(cè)中高精度消除離焦誤差及傾斜誤差的方法，其特征在于包括以下步驟1)利用干涉儀測(cè)得待測(cè)球面的面形數(shù)據(jù)W(x，y)，確定球面的被檢區(qū)域；2)通過(guò)白光干涉法測(cè)得待測(cè)球面的曲率半徑R；3)測(cè)出待測(cè)球面的口徑并結(jié)合干涉儀標(biāo)準(zhǔn)面的F數(shù)得到待測(cè)球面被檢區(qū)域任一點(diǎn)(x，y)所對(duì)應(yīng)的孔徑角α，其中最大孔徑角為αmax；4)對(duì)步驟1)中測(cè)得待測(cè)球面的面形數(shù)據(jù)W(x，y)進(jìn)行36項(xiàng)澤尼克多項(xiàng)式擬合，得到常數(shù)項(xiàng)系數(shù)Z0、Y方向傾斜項(xiàng)系數(shù)Z1、X方向傾斜項(xiàng)系數(shù)Z2和離焦項(xiàng)系數(shù)Z3，消除待測(cè)球面的面形數(shù)據(jù)W(x，y)中的傾斜項(xiàng)和常數(shù)項(xiàng)得到面形數(shù)據(jù)W1(x，y)；5)利用離焦項(xiàng)系數(shù)Z3和被檢區(qū)域的孔徑角αmax得到待檢球面測(cè)試中離焦量的估計(jì)值 6)由離焦量δ和被檢面孔徑角α，得到待檢球面被檢區(qū)域任一點(diǎn)(x，y)在測(cè)試過(guò)程中由離焦引入的光程差OPD＝δ·(1 cosα)；7)消除步驟4)中得到的待測(cè)球面波面數(shù)據(jù)W1(x，y)中由于面形測(cè)試過(guò)程中因離焦引入光程差OPD，得到初次去除離焦后待測(cè)球面波面數(shù)據(jù)W2(x，y)＝W1(x，y) OPD；8)對(duì)待測(cè)球面波面數(shù)據(jù)W2(x，y)采用36項(xiàng)澤尼克多項(xiàng)式擬合，得到W2(x，y)＝Z′0+Z′1y+Z′2x+Z′3[2(x2+y2) 1]+Z′4(y2 x2)+......消除常數(shù)項(xiàng)系數(shù)Z0′、Y方向傾斜項(xiàng)系數(shù)Z1′、X方向傾斜項(xiàng)系數(shù)Z2′和離焦項(xiàng)系數(shù)Z3′，得到待測(cè)球面的面形數(shù)據(jù)W3(x，y)＝Z′4(y2 x2)+......FSA00000186301600011.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在球面面形干涉檢測(cè)中高精度消除離焦誤差及傾斜誤 差的方法，其特征在于所述的通過(guò)白光干涉法測(cè)得待測(cè)球面的曲率半徑R步驟為利用光源為白光擴(kuò)展光源且?guī)в醒a(bǔ)償板的邁克爾遜干涉儀的白光干涉零級(jí)暗條紋定 位，移動(dòng)邁克爾遜干涉儀的參考平面，測(cè)出平面與球面兩次相交圓的半徑和r2及兩位置 球面矢高之差的值D，被檢面的曲率半徑R為
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在球面面形干涉檢測(cè)中高精度消除離焦誤差及傾斜誤 差的方法，其特征在于所述的測(cè)出待測(cè)球面口徑并結(jié)合干涉儀標(biāo)準(zhǔn)面F數(shù)得到待測(cè)球面被 檢區(qū)域任一點(diǎn)(x，y)所對(duì)應(yīng)孔徑角α其中最大孔徑角為步驟為1)測(cè)出被檢球面的口徑φ; 2)被檢面孔徑角
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在球面面形干涉檢測(cè)中高精度消除離焦誤差及傾斜誤 差的方法，其特征在于所述的對(duì)步驟1)中測(cè)得待測(cè)球面面形數(shù)據(jù)W(x，y)進(jìn)行36項(xiàng)澤尼 克多項(xiàng)式擬合得到常數(shù)項(xiàng)系數(shù)ZpY方向傾斜項(xiàng)系數(shù)Z”X方向傾斜項(xiàng)系數(shù)Z2和離焦項(xiàng)系數(shù) Z3，消除待測(cè)球面的面形數(shù)據(jù)W(x，y)中的傾斜項(xiàng)和常數(shù)項(xiàng)得到面形數(shù)據(jù)W1(^y)步驟為 W(x,y) = Ζ0+ΖιΥ+Ζ2χ+Ζ3 [2 (x2+y2) "U+Z4 (y2-x2) +......式中的A、Z1和Z2分別代表所得面形的常數(shù)項(xiàng)與傾斜項(xiàng)，將上式中系數(shù)Zp Z1和Z2置 零得到去除常數(shù)項(xiàng)和傾斜項(xiàng)的面形數(shù)據(jù)W1 (x, y) = Z3 [2 (x2+y2) "U+Z4 (y2-x2) +.......
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種在球面面形干涉檢測(cè)中高精度消除離焦誤差及傾斜誤差的方法。首先通過(guò)干涉儀獲得包含離焦、傾斜的波面數(shù)據(jù)，并測(cè)量待測(cè)球面曲率半徑和口徑作為去除傾斜、離焦的輔助數(shù)據(jù)。在待測(cè)球面半徑的測(cè)試中使用白光干涉的方法保證了測(cè)量的精度。而后利用波面擬合對(duì)應(yīng)項(xiàng)系數(shù)和傾斜誤差、離焦誤差的關(guān)系，以及離焦量和光程差的精確關(guān)系分步去除波面數(shù)據(jù)中常數(shù)項(xiàng)、傾斜誤差和離焦誤差，最后去除常數(shù)項(xiàng)、傾斜誤差和離焦誤差的殘差以得到高精度的面形數(shù)據(jù)。本發(fā)明通過(guò)對(duì)球面干涉檢測(cè)，特別是小F/#被檢面的研究，提供了一種光學(xué)元件球面面形檢測(cè)中消除離焦和傾斜影響的新方法，對(duì)高質(zhì)量光學(xué)元件的檢測(cè)與加工具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)G01B11/24GK101986097SQ20101022488
公開(kāi)日2011年3月16日 申請(qǐng)日期2010年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月9日
發(fā)明者侯溪, 汪凱巍, 沈亦兵, 王東升, 許嘉俊 申請(qǐng)人:浙江大學(xué);中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所