一種基於計算全息的非球面絕對檢測方法

2023-05-15 18:33:16 2

專利名稱：一種基於計算全息的非球面絕對檢測方法
技術領域：
本發明屬於光學測量技術領域，具體涉及的是一種非球面的絕對檢測方法。
背景技術：
隨著現代光學的不斷發展，非球面的應用是越來越廣泛。而在非球面的檢測中，大多採用相對測量的方式，即測量結果中包括系統誤差和參考面的誤差。若想獲得非球面的更準確的面形信息，需採用絕對檢測。非球面的絕對檢測，即通過一定的方法去除系統誤差和參考面誤差對測量結果的影響，讓測量結果中只包括非球面的誤差信息。目前，用於非球面的絕對檢測的方法比較少，其測量步驟和數據處理都比較複雜。其中，德國 Erlangen-Nurnberh 大學的 M. Beyerlein 等人(Mathias Beyerlein, Norbert Lindlein, Johannes Schwider. ^Dual-wave-front computer-generated holograms forquasi-absolute testing of aspherics」，Applied Optics, 2000，41(13):2440-2447)將球面的三位置絕對測量方法擴展到非球面的絕對測量中，提出了一種Dual-CGH對非球面的準絕對測量方法，即用三步法對系統誤差進行標定，將Dual-CGH對球面的誤差直接應用為其對非球面的誤差，然後對非球面進行絕對檢測。但由於兩種波面的空間頻率不同，故這種直接應用存在一定的誤差問題。另外，德國Stuttgart大學的S. Reichelt等人(Stephan Reichelt,Christor Pruss, Hans J. Tixiani. 「Absolute interferometerictest of aspheres by use of twin computer generated holograms，，，AppliedOptics, 2003, 42 (22) : 4468-4479)提出的Twin-CGH則考慮了 CGH對球面的誤差到CGH對非球面的誤差的過度。採用五步法先得到Twin-CGH對球面的誤差，然後再通過計算，傳遞到Twin-CGH對非球面的誤差。這樣得到的系統誤差更加精確。但此種方法共需要七步測量，步驟繁瑣，且每次測量的對準誤差對其影響很大。

發明內容
本發明的目的是提供一種非球面的絕對檢測方法，實現對非球面的絕對檢測。本發明的技術解決方案是基於計算全息(Computer Generated Hologram, CGH)的非球面絕對檢測方法，包括幹涉儀、標準鏡頭、CGHp CGH2、被測非球面鏡和參考球面鏡，其特徵在於首先用CGH1檢測被測非球面鏡的面形，檢測結果包括系統誤差、CGH1的誤差和被測非球面鏡的誤差；再用CGH2檢測被測非球面鏡的面形，檢測結果包括系統誤差、CGH2的誤差和被測非球面鏡的誤差；然後用CGH1和CGH2同時作用，檢測參考球面鏡的面形，檢測結果包括系統誤差、CGH1的誤差、CGH2的誤差、參考球面鏡的誤差；其中，系統誤差和參考球面鏡的誤差可以提前進行標定，故通過這三次檢測，可以分別求出CGHdPCGH2的誤差，然後就可以得到被測非球面的絕對檢測結果。本發明具體實現步驟如下第一步，將CGH1 (3)放在幹涉儀(I)的焦前位置，利用CGH1 (3)對被測非球面鏡(5)進行檢測，測量結果W1包括系統誤差Ws、CGH1的誤差『《^和被測非球面鏡的誤差WAsptoi。，
Wl=Ws+ WCGHi + W4spheric(I)第二步，將CGH2 (4)放在幹涉儀(I)的焦後位置，利用CGH2 (4)對被測非球面鏡(5)進行檢測，測量結果W2包括系統誤差WsXGH2的誤差Rew2和被測非球面鏡的誤差WAsptoi。，即W2=WsCW-U)第三步，將CGH1 (3)放在幹涉儀的焦前位置，同時將CGH2 (4)放在幹涉儀的焦後位置，利用CGH1 (3)和CGH2 (4)對參考球面鏡(6)進行檢測，測量結果W3包括系統誤差、CGH1的誤差Fceffl、CGH2的誤差『《%和參考球面鏡的誤差WsplW3 = Ws + WCGHi + Wccil2 + WsphereI )第四步，在以上三個式子中，系統誤差Ws和參考球面鏡的誤差Wsphwe是能夠提前進行標定的，屬於已知量，由式(I)-式(2)，得到W1-W2= Wceffi - Wcgh:(4)由式(3)變換得W3-Ws- W— = Wcghi + Wcghi(5 )通過式(4 )和(5 )，分別求出CGH1的誤差和CGH2的誤差％紐2 ；第五步，將已經求出的Pcoti代入式(I)或將『《%代入式(2)，求出被測非球面鏡
(5)的誤差WAsptai。』即為該非球面的絕對檢測結果。本發明與現有技術相比的優勢在於(I)本發明中在利用CGH檢測非球面的系統中，將系統誤差、CGH的誤差分別標定好，然後對被測非球面鏡進行絕對檢測，因此可以對CGH的誤差進行準確標定。(2)本發明絕對檢測方法的構思巧妙，結構簡單,為非球面的絕對檢測提供了一種有效的方法，具有較大的工程應用價值。


圖I是將CGH1放在幹涉儀的焦前位置，對被測非球面鏡進行檢測的示意圖；圖2是將CGH2放在幹涉儀的焦後位置，對被測非球面鏡進行檢測的示意圖；圖3是將CGH1放在幹涉儀的焦前位置，同時將CGH2放在幹涉儀的焦後位置，對參考球面鏡進行檢測的示意圖。各圖中，I.幹涉儀，2.標準鏡頭，3. CGH1,4. CGH2, 5.被測非球面鏡，6.參考球面鏡。
具體實施例方式圖I-圖3是本發明中所需的三次測量的示意圖。在圖I和圖2中，來自幹涉儀I的光束經過標準鏡頭2，入射到CGHJ或CGH24上，CGH將球面波前變為非球面波前，實現對被測非球面鏡5的測量；在圖3中，來自幹涉儀I的光束經過標準鏡頭2，入射到CGHJ上，CGH1將球面波前變為非球面波前，然後入射到CGH24上，其將非球面波前變為球面波前，實現對參考球面鏡6的測量。結合實例，其測量過程如下非球面的絕對測量方法的步驟如下第一步，按照圖I所示，將CGHJ放在幹涉儀I的焦前位置，利用CGHJ對被測非球面鏡5進行檢測，首先調節幹涉儀I與CGHJ的對準，然後調節CGHJ與被測非球面5之間的對準，最後完成對被測非球面5的測量，測量結果W1包括系統誤差WsXGH1的誤差『《%和被測非球面鏡的誤差WAsphOTi。，W1 =Ws+WCGffi+WAspherw(I)第二步，按圖2所示，將CGH24放在幹涉儀I的焦後位置，利用CGH24對被測非球面鏡5進行檢測，首先調節幹涉儀I與CGH24的對準，然後調節CGH24與被測非球面5之間的對準，最後完成對被測非球面5的測量，測量結果W2包括系統誤差WsXGH2的誤i n 印被測非球面鏡的誤差WAsphOTi。，即 W2=Ws + Wcgh: + W4iphetic{2)第三步，按圖3所示，將CGHj放在幹涉儀的焦前位置，同時將CGH24放在幹涉儀的焦後位置，利用CGHJ和CGH24對參考球面鏡6進行檢測，首先將CGH24放在幹涉儀的焦後 位置，調節幹涉儀I與CGH24的對準；然後將CGHj放在幹涉儀的焦前位置，調節幹涉儀I與CGH1S的對準；再調節參考球面鏡6與前面系統的對準，最後完成對參考球面鏡6的測量，測量結果W3包括系統誤差Ws、CGHi的誤差^^、CGH2的誤差ル和參考球面鏡的誤差WSphOT6，W3=Ws+ Wcghi + WCGHi + Wsphere(3)第四步，在以上三個式子中，系統誤差Ws和參考球面鏡的誤差Wsphwe是能夠提前進行標定的，屬於已知量，由式(I)-式(2)，得到W1-W2=Wcghi-Wcghz(4)由式(3)變換得W3-Ws-WSplim = WCGHi+WCGH2(,)通過式(4)和(5)，分別求出CGH1的誤差和CGH2的誤差^^//2 ;第五歩，將已經求出的代入式(I)或將代入式(2)，求出被測非球面鏡5的誤差WAsphOTi。，即為該非球面的絕對檢測結果。本發明說明書未詳細闡述部分屬於本領域公知技木。以上所述，僅為本發明中的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉該技術的人在本發明所揭露的技術範圍內的局部修改或替換，都應涵蓋在本發明的包含範圍之內。
權利要求
1.一種基於計算全息的非球面絕對檢測方法，其特徵在於所述方法採用的器件包括幹涉儀(I)、標準鏡頭(2 )、CGH1 (3 )、CGH2 (4 )、被測非球面鏡(5 )和參考球面鏡(6 )，具體實現步驟如下 第一步，將CGH1 (3)放在幹涉儀(I)的焦前位置，利用CGH1 (3)對被測非球面鏡(5)進行檢測，測量結果W1包括系統誤差Ws、CGH1的誤差,《%和被測非球面鏡的誤差WAsptoi。， W1 =Ws+Wcghi+W^phenc⑴ 第二步，將CGH2 (4)放在幹涉儀的焦後位置，利用CGH2 (4)對被測非球面鏡(5)進行檢測，測量結果W2包括系統誤差Ws、CGH2的誤差被測非球面鏡的誤差WAsptoi。，即W2 = Ws+Wcohi+WAsphenc(2) 第三步，將CGH1 (3)放在幹涉儀的焦前位置，同時將CGH2 (4)放在幹涉儀的焦後位置，利用CGH1 (3)和CGH2 (4)對參考球面鏡(6)進行檢測，測量結果W3包括系統誤差、CGH1的誤差Wcgh1、CGH2的誤差仏@2和參考球面鏡的誤差WSph_， W3=Ws+ Wcghi + Wcaff2 + Wsphere(3 ) 第四步，在以上三個式子中，系統誤差Ws和參考球面鏡的誤差Wsphwe是能夠提前進行標定的，屬於已知量，由式(I)-式(2)，得到 W1-W2=Wcghi-Wcghi⑷ 由式(3)變換得 ^ -Ws-Wsphere = Wcohi+Wcghi(5) 通過式(4)和(5)，分別求出CGH1的誤差CGH2的誤差； 第五步，將已經求出的『《%代入式(I)或將》代入式(2)，求出被測非球面鏡(5)的誤差WAsphOTi。，即為該非球面的絕對檢測結果。
全文摘要
一種基於計算全息的非球面絕對檢測方法，包括幹涉儀、標準鏡頭、CGH1、CGH2、被測非球面鏡和參考球面鏡；首先用CGH1檢測被測非球面鏡的面形，檢測結果包括系統誤差、CGH1的誤差和被測非球面鏡的誤差；再用CGH2檢測被測非球面鏡的面形，檢測結果包括系統誤差、CGH2的誤差和被測非球面鏡的誤差；然後用CGH1和CGH2同時作用，檢測參考球面鏡的面形，檢測結果包括系統誤差、CGH1的誤差、CGH2的誤差、參考球面鏡的誤差；其中，系統誤差和參考球面鏡的誤差可以提前進行標定，故通過這三次檢測，可以分別求出CGH1和CGH2的誤差，然後就可以得到被測非球面的絕對檢測結果；該方法設計巧妙，結構簡單，為非球面的絕對檢測提供了一種有效的方法，具有較大的工程應用價值。
文檔編號G01M11/00GK102778210SQ20121024337
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月13日 優先權日2012年7月13日
發明者萬勇建, 侯溪, 吳高峰, 李世傑, 陳強 申請人:中國科學院光電技術研究所