基于可變補償透鏡的非球面面形干涉測量方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于可變補償透鏡的非球面面形干涉測量方法，方法步驟包括：在波面干涉儀形成的點光源與被測非球面之間插入可變補償透鏡；調(diào)整可變補償透鏡在點光源與被測非球面之間的距離，使得經(jīng)可變補償透鏡補償后的剩余像差在波面干涉儀的動態(tài)測量范圍內(nèi)；根據(jù)經(jīng)可變補償透鏡補償后的剩余像差獲取被測非球面的面形誤差。裝置包括波面干涉儀和可變補償透鏡，可變補償透鏡布置于波面干涉儀形成的點光源的前側(cè)，可變補償透鏡和波面干涉儀的光軸重合，可變補償透鏡為平凹單透鏡或平凸單透鏡，平凹單透鏡的凹面或平凸單透鏡的凸面為高次非球面，本發(fā)明具有在不更換補償器的情況下可對多種非球面面形進行干涉測量的優(yōu)點。
【專利說明】
基于可變補償透鏡的非球面面形干涉測量方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及光學檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于可變補償透鏡的非球面面形干 涉測量方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 波面干涉測量是光學面形測量的主要技術(shù)手段，但干涉儀標準鏡頭只有平面和球 面兩種，測量非球面時，因為非球面相對標準球面有偏離，不同環(huán)帶的曲率半徑是連續(xù)變化 的，其反射光線不再等光程。此時即使沒有面形誤差，干涉圖也不是零條紋，稱為非零位測 試。干涉條紋形狀反映了非球面度大小，非球面度太大時，條紋太密使CCD無法解析，超出干 涉儀的動態(tài)范圍。如果在球面標準鏡頭后放置一個補償器，將球面測試波前變換為與被測 非球面理想匹配，那么仍能保證等光程條件，得到零條紋。補償器常由兩片或三片球面透鏡 組成，也可以是球面反射鏡組合而成，或者是基于衍射原理的計算機生成全息片(CGH)。無 論何種形式，補償器都是針對被測面進行像差平衡精確設(shè)計的，只能適用于單一的面形，造 成時間和經(jīng)濟成本的巨大浪費，并且補償器本身的材料、制造、檢驗與裝調(diào)都是限制測量精 度的重要因素。
[0003] 為了增加靈活性，可以適當放松補償器設(shè)計的像差平衡要求，即只進行部分補償， 使得剩余像差減小到干涉儀的動態(tài)范圍之內(nèi)（干涉條紋可解析）。公告號為CN1587950A的中 國專利文獻公開了"一種用部分補償透鏡實現(xiàn)非球面面形的干涉測量方法"，部分補償后允 許有不大于50個波長的剩余像差。公告號為CN101241232A的中國專利文獻公開了"可實現(xiàn) 非球面通用化檢測的大球差補償鏡及其裝置"，其中大球差補償鏡具有雙分離鏡片，在一定 程度上補償非球面的縱向法線像差。公告號為CN103776389A的中國專利文獻公開了 "一種 高精度非球面組合干涉檢測裝置與方法"，將部分補償鏡與環(huán)帶子孔徑拼接方法相結(jié)合，只 對部分補償后的非球面環(huán)帶部分進行解析和處理，可增大干涉儀的動態(tài)范圍，但同時又增 加了子孔徑測量與拼接算法的復雜問題。公告號為CN102506750A的中國專利文獻公開了 "部分補償非球面反射鏡面形檢測方法"，包括單塊部分補償透鏡的標定方法和用于非球面 面形檢測的方法，但沒有公開部分補償透鏡的實現(xiàn)方法。由于考慮到補償器的加工和檢測 難度，上述部分補償器的設(shè)計仍然以平面和球面為主，沒有采用非球面，導致難以在大范圍 補償能力與補償器結(jié)構(gòu)簡單性之間取得很好折中，限制了其實際使用。例如劉惠蘭、郝群等 在"利用部分補償透鏡進行非球面面形測量"，劉惠蘭，郝群，朱秋東，沙定國，北京理工大學 學報24(7):625-628,2004中針對〇1.5的凹非球面設(shè)計的部分補償器是雙膠合透鏡，補償 能力范圍只有92.8A~121.7A(A = 632.8nm，下同）。因此，上述部分補償透鏡的方法只能適 用于較窄范圍變化的面形，并且剩余像差較大，干涉條紋仍然較密。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種在不更換補償器的情 況下完成對多種非球面面形的高精度干涉測量的基于可變補償透鏡的非球面面形干涉測 量方法及裝置。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0006] -種基于可變補償透鏡的非球面面形干涉測量方法，包括以下步驟：
[0007] 1)在波面干涉儀形成的點光源與被測非球面之間插入可變補償透鏡，所述可變補 償透鏡為平凹單透鏡或平凸單透鏡，所述平凹單透鏡的凹面或平凸單透鏡的凸面為高次非 球面，平凹單透鏡或平凸單透鏡的平面布置于靠波面干涉儀的一側(cè)；
[0008] 2)調(diào)整可變補償透鏡與點光源之間的軸向距離L1、可變補償透鏡與被測非球面之 間的軸向距離L2,使得經(jīng)可變補償透鏡補償后的剩余像差在波面干涉儀的動態(tài)測量范圍 內(nèi)；
[0009] 3)根據(jù)經(jīng)可變補償透鏡補償后的剩余像差獲取被測非球面的面形誤差。
[0010] 作為上述技術(shù)方案的進一步改進：
[0011] 所述可變補償透鏡的高次非球面的優(yōu)化設(shè)計步驟如下：
[0012] S1)在點光源與目標非球面之間插入可變補償透鏡，可變補償透鏡的平面靠近點 光源一側(cè)；
[0013] S2)用拓展偶次非球面建模，模型的母線方程如下式(1-1)所示，
[0015] 式（1-1)中，z為光軸方向的坐標，p為徑向坐標，k為二次常數(shù)，R為頂點曲率半徑，r 為歸一化半徑，ai為高次項系數(shù)，n為高次項的項數(shù)；
[0016] S3)選定目標非球面為拋物面、橢球面、雙曲面和高次非球面中的任意一種，并確 定目標非球面的面形參數(shù)：口徑D、頂點曲率半徑R、二次常數(shù)k，其中k = _e2，e為偏心率； [0017] S4)以可變補償透鏡到點光源的軸向距離L3、可變補償透鏡到目標非球面的軸向 距離L4、高次非球面的多項式系數(shù)ai為優(yōu)化變量，以波像差均方根最小為優(yōu)化目標，優(yōu)化后 得到可變補償透鏡高次非球面的多項式系數(shù)ai。
[0018]所述步驟2)中，當被測非球面與目標非球面面形相同時，直接調(diào)節(jié)軸向距離L1、軸 向距離 L2,使 L1=L3，L2 = L4。
[0019]所述步驟1)的詳細步驟包括：
[0020] 1.1)在被測非球面、波面干涉儀之間插入可變補償透鏡；
[0021] 1.2)取下波面干涉儀的球面標準鏡頭，利用波面干涉儀發(fā)出的準直光束實現(xiàn)可變 補償透鏡與波面干涉儀光軸的對準；
[0022] 1.3)裝上波面干涉儀的球面標準鏡頭，使得所述波面干涉儀發(fā)出的準直光束透過 球面標準鏡頭后聚焦形成點光源。
[0023] 所述步驟3)中，得到補償后的剩余像差之后，通過數(shù)字化測量解算，從波面干涉儀 測得的波前誤差中扣減剩余像差的名義值，得到被測非球面的面形誤差。
[0024] 所述步驟3)中，得到補償后的剩余像差之后，加入空間光調(diào)制器，所述空間光調(diào)制 器的相位函數(shù)用高次多項式描述，對波前進行相位調(diào)制，補償剩余像差，此時波面干涉儀測 得的波前誤差除以二即為被測非球面的面形誤差。
[0025] 所述波面干涉儀為泰曼-格林型干涉儀，所述空間光調(diào)制器置于泰曼-格林型干涉 儀發(fā)出的準直光束中。
[0026] -種基于可變補償透鏡的非球面面形干涉測量裝置，包括波面干涉儀和可變補償 透鏡，所述可變補償透鏡布置于波面干涉儀形成的點光源的前側(cè)，所述可變補償透鏡和波 面干涉儀的光軸重合，所述可變補償透鏡為平凹單透鏡或平凸單透鏡，且平凹單透鏡或平 凸單透鏡的平面布置于靠點光源的一側(cè)，所述平凹單透鏡的凹面或平凸單透鏡的凸面為高 次非球面。
[0027] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：
[0028] (1)本發(fā)明的基于可變補償透鏡的非球面面形干涉測量方法，利用平凹或平凸單 透鏡作為可變補償透鏡，平凹單透鏡的凹面或平凸單透鏡的凸面為高次非球面，通過調(diào)整 可變補償透鏡到點光源和被測非球面的軸向距離，可以補償大范圍內(nèi)變化的復雜面形的大 部分像差，在不更換可變補償透鏡的情況下完成對多種非球面面形的高精度干涉測量，具 有結(jié)構(gòu)簡單、面形適應性強等特點。
[0029] (2)本發(fā)明的基于可變補償透鏡的非球面面形干涉測量方法，提出高次非球面單 透鏡作為可變補償器，高次非球面是在二次曲面的基礎(chǔ)上疊加高次項得到的，具有更大的 設(shè)計靈活度，根據(jù)光路中光束入射角和成像位置的不同，能夠產(chǎn)生較大范圍變化的像差。
[0030] (3)本發(fā)明的基于可變補償透鏡的非球面面形干涉測量裝置，在不更換可變補償 透鏡的情況下完成對多種非球面面形的高精度干涉測量，具有結(jié)構(gòu)簡單、面形適應性強等 特點;可變補償透鏡采用平面和非球面的組合，降低了加工和檢測難度。
【附圖說明】
[0031] 圖1是本發(fā)明測量方法的原理圖。
[0032] 圖2是本發(fā)明中可變補償透鏡設(shè)計原理圖。
[0033]圖3是本發(fā)明中被測非球面為雙曲面時補償前的模擬干涉圖。
[0034]圖4是本發(fā)明中被測非球面為雙曲面時補償后的模擬干涉圖。
[0035] 圖5是本發(fā)明結(jié)合可變補償透鏡和空間光調(diào)制器進行非球面面形零位檢驗的原理 圖。
[0036] 圖中各標號表不：
[0037] 1、可變補償透鏡；11、平面;2、被測非球面;20、目標非球面;3、球面標準鏡頭;4、波 面干涉儀;41、激光器;42、顯微物鏡;43、空間濾波器;44、準直透鏡;45、參考鏡;46、分束器； 5、點光源;8、球面測試波前;9、非球面測試波前；10、空間光調(diào)制器。
【具體實施方式】
[0038]以下結(jié)合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0039] 如圖1所示，本實施例的基于可變補償透鏡的非球面面形干涉測量方法，包括以下 步驟：
[0040] 1)在波面干涉儀4形成的點光源5與被測非球面2之間插入可變補償透鏡1，可變補 償透鏡1為平凹單透鏡或平凸單透鏡，平凹單透鏡的凹面或平凸單透鏡的凸面為高次非球 面，平凹單透鏡或平凸單透鏡的平面11布置于靠波面干涉儀4的一側(cè)；
[0041] 2)調(diào)整可變補償透鏡1與點光源5之間的軸向距離L1、可變補償透鏡1與被測非球 面2之間的軸向距離L2,使得經(jīng)可變補償透鏡1補償后的剩余像差在波面干涉儀4的動態(tài)測 量范圍內(nèi)；
[0042] 3)根據(jù)經(jīng)可變補償透鏡1補償后的剩余像差獲取被測非球面2的面形誤差。
[0043] 可變補償透鏡1的高次非球面可以是凹面，也可以是凸面，考慮到凹非球面的檢測 難度更小，本實施例中，優(yōu)先采用凹面。本發(fā)明測量方法提出高次非球面單透鏡作為可變補 償器，通過調(diào)整其到點光源5和被測非球面2的軸向距離，可以補償大范圍內(nèi)變化的復雜面 形的大部分像差，剩余像差小于20A，具有結(jié)構(gòu)簡單、面形適應性強等特點。
[0044] 本實施例中，所述步驟1)的詳細步驟包括：
[0045] 1.1)在被測非球面2、波面干涉儀4之間插入可變補償透鏡1;
[0046] 1.2)取下波面干涉儀4的球面標準鏡頭3,利用波面干涉儀4發(fā)出的準直光束實現(xiàn) 可變補償透鏡1與波面干涉儀4光軸的對準；
[0047] 1.3)裝上波面干涉儀4的球面標準鏡頭3,使得所述波面干涉儀4發(fā)出的準直光束 透過球面標準鏡頭3后聚焦形成點光源5。
[0048] 本實施例中，可變補償透鏡1由K9玻璃制成，中心厚度為27mm，小口徑為115mm?？?變補償透鏡1的高次非球面參數(shù)采用Zemax光學設(shè)計軟件進行優(yōu)化設(shè)計，具體優(yōu)化過程包括 以下步驟：
[0049] S1)在點光源5與目標非球面20之間插入可變補償透鏡1，可變補償透鏡1的平面11 靠近點光源5-側(cè)，圖2所示，可變補償透鏡1將入射的球面測試波前8變換為非球面測試波 前9，經(jīng)目標非球面20反射后幾乎沿原路返回。
[0050] S2)用拓展偶次非球面(Extended Asphere)建模，模型的母線方程如下式（1-1)所 示，
[0052]式（1-1)中，z為光軸（回轉(zhuǎn)對稱軸)方向的坐標，P為徑向坐標，k為二次常數(shù)，R為頂 點曲率半徑，r為歸一化半徑，ai為高次項系數(shù)，n為高次項的項數(shù);式(1-1)第一項為標準非 球面通用表達式，第二項以后為高次項，本實施例只含有高次項。
[0053] S3)選定目標非球面20為拋物面、橢球面、雙曲面和高次非球面中的任意一種，并 確定目標非球面20的面形參數(shù)：口徑D、頂點曲率半徑R、二次常數(shù)k，其中k = _e2，e為偏心 率；
[0054] S4)以可變補償透鏡1到點光源5的軸向距離L3、可變補償透鏡1到目標非球面20的 軸向距離L4、高次非球面的多項式系數(shù)ai為優(yōu)化變量，以波像差均方根最小為優(yōu)化目標，優(yōu) 化后得到可變補償透鏡1高次非球面的多項式系數(shù)
[0055]目標非球面20為優(yōu)化可變補償透鏡1而選擇的面形，目標非球面20可以是面形參 數(shù)變化的凹面，包括拋物面、橢球面、雙曲面和高次非球面，非球面的口徑均為D = 1200mm， 頂點曲率半徑為R = 3416mm，二次常數(shù)k分別取值-1、-0 ? 1、-1 ? 5和k = 0，分別對應拋物面、橢 球面、雙曲面、球面上疊加高次項的高次非球面。本實施例中，以拋物面對可變補償透鏡1進 行優(yōu)化設(shè)計為例。
[0056]目標非球面20為拋物面時的參數(shù)為：口徑為D= 1200mm，頂點曲率半徑為R = 3416mm，k = -1。優(yōu)化變量為可變補償透鏡1到點光源5的軸向距離L3、可變補償透鏡1到被測 非球面2的軸向距離L4、高次非球面的多項式系數(shù)ai，優(yōu)化目標是波像差均方根(RMS)最小， 確認剩余像差小于20A，優(yōu)化后得到可變補償透鏡1高次非球面的多項式系數(shù)ai，并獲得目 標非球面20為拋物面時，軸向距離L1和軸向距離L2的一組數(shù)據(jù)。優(yōu)化后得到的可變補償透 鏡1可用于上述非球面面形干涉測量。
[0057]此外，保持可變補償透鏡1高次非球面的多項式系數(shù)ai固定不變，改變不同的目標 非球面20的面形參數(shù)（即分別針對橢球面、雙曲面和高次非球面進行優(yōu)化），分別代入1^ =-0.1、k = _1.5和k = 0,優(yōu)化變量為可變補償透鏡1到點光源5的軸向距離L3、可變補償透鏡1 到目標非球面20的軸向距離L4,確認剩余像差小于20A，從而可以得到軸向距離L3和軸向距 離L4的多組數(shù)據(jù)。表1為所設(shè)計的可變補償透鏡1高次非球面的參數(shù)，除n為其余參數(shù)的單位 均為mm。表2為所設(shè)計的可變補償透鏡1用于多種目標非球面面形的補償效果，剩余像差均 小于20入。
[0058]表1可變補償透鏡高次非球面的參數(shù)
[0060]表2多種目標非球面面形的可變補償后剩余像差 [0061]
[0062]在上述測量方法中，可以選擇以拋物面為目標非球面20優(yōu)化的可變補償透鏡1，也 可以是以雙曲面或橢球面或高次非球面為目標非球面20優(yōu)化的可變補償透鏡1。只要得到 一組可變補償透鏡1高次非球面的參數(shù)，即可針對不同的被測非球面2進行干涉測量。
[0063]本實施例中，以表2中目標雙曲面為例，當被測非球面2為雙曲面時，可以按照表2 中的數(shù)值來調(diào)節(jié)可變補償透鏡1的位置，即可確定測非球面2剩余像差小于20A;也可以直接 調(diào)節(jié)可變補償透鏡1到點光源5的軸向距離L1和可變補償透鏡1到被測非球面2之間的軸向 距離L2,確定測非球面2剩余像差小于20A。圖3示出了沒有可變補償透鏡1作用下，對被測非 球面2為雙曲面時進行干涉測量的模擬干涉圖，干涉條紋數(shù)多達486(兩個條紋周期對應波 像差為1個波長），波面干涉儀4無法解析如此密集的干涉條紋;加入所設(shè)計的可變補償透鏡 1后，剩余像差顯著減小，圖4給出了該被測雙曲面在可變補償后進行干涉測量的模擬干涉 圖，干涉條紋數(shù)減小到10，波面干涉儀4可以解析。
[0064] 本實施例中，上述步驟2)中，當被測非球面2與目標非球面20面形相同時，直接調(diào) 節(jié)軸向距離L1、軸向距離L2,使L1 = L3，L2 = L4。實際測量時，當被測非球面2可以是橢球面、 拋物面、雙曲面和高次非球面中的一種時，只要保持選定的可變補償透鏡1高次非球面的參 數(shù)，按照表2中的數(shù)值來調(diào)節(jié)可變補償透鏡1的位置，即可確保測非球面2剩余像差小于20A。 若被測非球面2不是橢球面、拋物面、雙曲面和高次非球面中的一種時，任選取表2中一組數(shù) 據(jù)來優(yōu)化可變補償透鏡1，得到相應的可變補償透鏡1的高次非球面的多項式系數(shù)^，然后 根據(jù)該優(yōu)化后的可變補償透鏡1對測非球面2進行測量。測量時，調(diào)節(jié)可變補償透鏡1到點光 源5的軸向距離L1和可變補償透鏡1到被測非球面2之間的軸向距離L2,確認剩余像差小于 20入。
[0065] 本實施例中，步驟3)中，得到補償后的剩余像差之后，進一步加入空間光調(diào)制器 10,空間光調(diào)制器10的相位函數(shù)用高次多項式描述，對波前進行相位調(diào)制，補償剩余像差， 此時波面干涉儀4測得的波前誤差除以二即為被測非球面2的面形誤差。在Zemax軟件中優(yōu) 化確定多項式系數(shù)，仍以波像差均方根(RMS)最小為優(yōu)化目標，可變補償透鏡1的參數(shù)及其 到點光源5和被測非球面2的距離均保持不變。利用空間光調(diào)制器10對波前進行相位調(diào)制， 補償剩余像差，此時波面干涉儀4測得的波前誤差除以2即為被測非球面2的面形誤差。本發(fā) 明測量方法結(jié)合空間光調(diào)制器補償剩余像差，可靈活實現(xiàn)多種復雜面形的零位干涉檢驗。
[0066] 波面干涉儀4可以是菲索型干涉儀或泰曼-格林型干涉儀，本發(fā)明測量方法中使用 空間光調(diào)制器10對部分補償透鏡補償后的剩余像差進行補償以實現(xiàn)零位檢驗，則優(yōu)先使用 泰曼-格林型干涉儀。圖5給出了結(jié)合可變補償透鏡1和空間光調(diào)制器10進行非球面面形零 位檢驗的原理圖。其中泰曼-格林型干涉儀包括激光器41、顯微物鏡42、空間濾波器43、準直 透鏡44、參考鏡45和分束器46,空間光調(diào)制器10置于泰曼-格林型干涉儀4發(fā)出的準直光束 中，可以在參考臂中（參考鏡45與分束器46之間），也可以在測試臂(分束器46與球面標準鏡 頭3之間）中。通過計算機生成特定的衍射圖案，輸入空間光調(diào)制器10中，利用其衍射作用對 波前進行調(diào)制，補償剩余像差。
[0067] 除本實施例外，步驟3)中，得到補償后的剩余像差之后，通過數(shù)字化測量解算，從 波面干涉儀4測得的波前誤差中扣減剩余像差的名義值，得到被測非球面2的面形誤差。對 可變補償后的非球面面形進行數(shù)字化測量解算的方法，可通過Zemax光學設(shè)計軟件進行光 線追跡，計算得到測試波前傳播到波面干涉儀4探測器上的波像差，其中包含了可變補償后 的剩余像差名義值;實際測量時從波面干涉儀4測得的波前誤差中扣減剩余像差的名義值， 即可得到被測非球面2的面形誤差，具體可以參考駱永潔等"非球面部分補償檢測系統(tǒng)的誤 差分析與處理"浙江大學學報(工學版)46(4): 636-642,2012。
[0068] 本發(fā)明測量方法中，使用基于短相干原理的間隙儀準確測量可變補償透鏡1到點 光源5的軸向距離L1，同時將可變補償透鏡1和被測非球面2分別安裝在5自由度調(diào)整平臺 上，可對其軸向位置、垂直于光軸平面內(nèi)的二維平移和傾斜(偏擺與俯仰)進行調(diào)整。
[0069] 本發(fā)明的測量方法經(jīng)過適當修改也可用于透鏡系統(tǒng)的非球面透射波前測量。
[0070] 圖1示出了本發(fā)明基于可變補償透鏡的非球面面形干涉測量裝置的一種實施例， 該測量裝置包括波面干涉儀4和可變補償透鏡1，可變補償透鏡1布置于波面干涉儀4形成的 點光源5的前側(cè)，可變補償透鏡1和波面干涉儀4的光軸重合，可變補償透鏡1為平凹單透鏡 或平凸單透鏡，且平凹單透鏡或平凸單透鏡的平面11布置于靠點光源5的一側(cè)，平凹單透鏡 的凹面或平凸單透鏡的凸面為高次非球面。
[0071] 可變補償透鏡1的高次非球面可以是凹面，也可以是凸面，考慮到凹非球面的檢測 難度更小，本實施例中，可變補償透鏡1優(yōu)先采用凹面。
[0072] 本發(fā)明的測量裝置在不更換可變補償透鏡1的情況下完成對多種非球面面形的高 精度干涉測量，具有結(jié)構(gòu)簡單、面形適應性強等特點?？勺冄a償透鏡1采用平面和非球面的 組合，降低了加工和檢測難度。
[0073] 雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng) 域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍的情況下，都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對 本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是 未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、 等同變化及修飾，均應落在本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于可變補償透鏡的非球面面形干涉測量方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 在波面干涉儀(4)形成的點光源(5)與被測非球面(2)之間插入可變補償透鏡（1)，所 述可變補償透鏡（1)為平凹單透鏡或平凸單透鏡，所述平凹單透鏡的凹面或平凸單透鏡的 凸面為高次非球面，平凹單透鏡或平凸單透鏡的平面(11)布置于靠波面干涉儀(4)的一側(cè)； 2) 調(diào)整可變補償透鏡（1)與點光源(5)之間的軸向距離L1、可變補償透鏡（1)與被測非 球面(2)之間的軸向距離L2,使得經(jīng)可變補償透鏡（1)補償后的剩余像差在波面干涉儀(4) 的動態(tài)測量范圍內(nèi)； 3) 根據(jù)經(jīng)可變補償透鏡（1)補償后的剩余像差獲取被測非球面(2)的面形誤差。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可變補償透鏡的非球面面形干涉測量方法，其特征在于， 所述可變補償透鏡(1)的高次非球面的優(yōu)化設(shè)計步驟如下： 51) 在點光源(5)與目標非球面(20)之間插入可變補償透鏡（1)，可變補償透鏡（1)的平 面(11)靠近點光源(5)-側(cè)； 52) 用拓展偶次非球面建模，模型的母線方程如下式(1-1)所示，式（1-1)中，z為光軸方向的坐標，P為徑向坐標，k為二次常數(shù)，R為頂點曲率半徑，r為歸 一化半徑，ai為高次項系數(shù)，n為高次項的項數(shù)； 53) 選定目標非球面(20)為拋物面、橢球面、雙曲面和高次非球面中的任意一種，并確 定目標非球面（20)的面形參數(shù)：口徑D、頂點曲率半徑R、二次常數(shù)k，其中k = _e2，e為偏心 率； 54) 以可變補償透鏡（1)到點光源（5)的軸向距離L3、可變補償透鏡（1)到目標非球面 (20)的軸向距離L4、高次非球面的多項式系數(shù) ai為優(yōu)化變量，以波像差均方根最小為優(yōu)化 目標，優(yōu)化后得到可變補償透鏡(1)高次非球面的多項式系數(shù)3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于可變補償透鏡的非球面面形干涉測量方法，其特征在于， 所述步驟2)中，當被測非球面(2)與目標非球面(20)面形相同時，直接調(diào)節(jié)軸向距離L1、軸 向距離 L2,使 L1=L3，L2 = L4。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可變補償透鏡的非球面面形干涉測量方法，其特征在于， 所述步驟1)的詳細步驟包括： 1.1) 在被測非球面(2)、波面干涉儀(4)之間插入可變補償透鏡（1); 1.2) 取下波面干涉儀(4)的球面標準鏡頭(3)，利用波面干涉儀(4)發(fā)出的準直光束實 現(xiàn)可變補償透鏡(1)與波面干涉儀(4)光軸的對準； 1.3) 裝上波面干涉儀(4)的球面標準鏡頭(3)，使得所述波面干涉儀(4)發(fā)出的準直光 束透過球面標準鏡頭(3)后聚焦形成點光源(5)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可變補償透鏡的非球面面形干涉測量方法，其特征在于， 所述步驟3)中，得到補償后的剩余像差之后，通過數(shù)字化測量解算，從波面干涉儀(4)測得 的波前誤差中扣減剩余像差的名義值，得到被測非球面(2)的面形誤差。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可變補償透鏡的非球面面形干涉測量方法，其特征在于， 所述步驟3)中，得到補償后的剩余像差之后，加入空間光調(diào)制器（10)，所述空間光調(diào)制器 (10)的相位函數(shù)用高次多項式描述，對波前進行相位調(diào)制，補償剩余像差，波面干涉儀(4) 測得的波前誤差除以二即為被測非球面(2)的面形誤差。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于可變補償透鏡的非球面面形干涉測量方法，其特征在于， 所述波面干涉儀(4)為泰曼-格林型干涉儀，所述空間光調(diào)制器（10)置于泰曼-格林型干涉 儀發(fā)出的準直光束中。8. -種基于可變補償透鏡的非球面面形干涉測量裝置，其特征在于，包括波面干涉儀 (4)和可變補償透鏡（1)，所述可變補償透鏡（1)布置于波面干涉儀(4)形成的點光源(5)的 前側(cè)，所述可變補償透鏡（1)和波面干涉儀(4)的光軸重合，所述可變補償透鏡（1)為平凹單 透鏡或平凸單透鏡，且平凹單透鏡或平凸單透鏡的平面（11)布置于靠點光源(5)的一側(cè)，所 述平凹單透鏡的凹面或平凸單透鏡的凸面為高次非球面。
【文檔編號】G01B9/02GK106052583SQ201610348548
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月24日
【發(fā)明人】陳善勇, 戴帆, 戴一帆, 李圣怡, 盧勁豐, 薛帥, 彭小強
【申請人】中國人民解放軍國防科學技術(shù)大學