在球面面形幹涉檢測中高精度消除離焦誤差及傾斜誤差的方法

2023-05-15 17:50:51 1

專利名稱：在球面面形幹涉檢測中高精度消除離焦誤差及傾斜誤差的方法
技術領域：
本發明涉及光學元件的幹涉測量技術領域，特別是一種在球面面形幹涉檢測中高 精度消除離焦誤差及傾斜誤差的方法。
背景技術：
隨著光學成像技術的發展，光學球面面形的檢測精度需求也越來越高。球面幹涉 檢測技術可以快速實現球面光學元件高精度的檢測，為此球面面形的幹涉檢測技術被不斷 改進並得到廣泛應用。在實際的幹涉測試中通過調整機構實現被檢球面處以零位檢測的 位置，但實際的機構不理想使得測試結果中總會包含離焦誤差以及傾斜誤差等裝調誤差。 為此人們提出了去除面形測試結果中的對應常數項、離焦項和傾斜項以實現裝調誤差的去 除，該方法的基本步驟是對測試結果數據進行Zernike擬合，根據係數意義和Zernike多項 式擬合性質以去除對應裝調誤差。這種傳統的方法簡單方便，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，傳統的方式不能高精度的去除離焦誤差帶來的影響。目前尚無合適的在球面面形 檢測中高精度去離焦等裝調誤差的方法。

發明內容
本發明的目的是針對上述方法的不足，提供一種在球面面形幹涉檢測中高精度消 除離焦誤差及傾斜誤差的方法。在球面面形幹涉檢測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)利用幹涉儀測得待測球面的面形數據W(x，y)，確定球面的被檢區域；2)通過白光幹涉法測得待測球面的曲率半徑R ；3)測出待測球面的口徑並結合幹涉儀標準面的F數得到待測球面被檢區域任一 點(X，Y)所對應孔徑角α，其中最大孔徑角為Qmax ；4)對步驟1)中測得待測球面的面形數據W(x，y)進行36項澤尼克多項式擬合得 到常數項係數Zp Y方向傾斜項係數ζ」 X方向傾斜項係數Z2和離焦項係數z3，消除待測球 面的面形數據w(x，y)中的傾斜項和常數項得到面形數據W1Ud)；5)利用離焦項係數Z3和被檢區域的孔徑角α max得到待檢球面測試中離焦量的估6)由離焦量δ和被檢面孔徑角α，得到待檢球面被檢區域任一點(X，y)在測試 過程中由離焦引入的光程差OPD = δ · (l-cosa)；7)消除步驟4)得到的待測球面波面數據W1Oc, y)中由於面形測試過程中因離焦 引入光程差0PD，得到初次去除離焦後待測球面波面數據W2 (X，y) = W1 (x, y)-0PD ；8)對待測球面波面數據W2 (X，y)進行36項澤尼克多項式擬合，得到
W2 (x, y) = Z' o+Z' j+1' 2x+Z' 3[2 (x2+y2) _1]+Z『 4(y2-x2) +. 消除常數項係數Zc/、￥方向傾斜項係數Z/、X方向傾斜係數Z2'和離焦項係數 Z3'，得到待測球面的面形數據W3(X，y) =Z' 4(y2-x2)+......所述的通過白光幹涉法測得待測球面的曲率半徑R步驟為利用光源為白光擴展光源且帶有補償板的麥可遜幹涉儀的白光幹涉零級暗條 紋定位，移動麥可遜幹涉儀的參考平面，測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
權利要求
一種在球面面形幹涉檢測中高精度消除離焦誤差及傾斜誤差的方法，其特徵在於包括以下步驟1)利用幹涉儀測得待測球面的面形數據W(x，y)，確定球面的被檢區域；2)通過白光幹涉法測得待測球面的曲率半徑R；3)測出待測球面的口徑並結合幹涉儀標準面的F數得到待測球面被檢區域任一點(x，y)所對應的孔徑角α，其中最大孔徑角為αmax；4)對步驟1)中測得待測球面的面形數據W(x，y)進行36項澤尼克多項式擬合，得到常數項係數Z0、Y方向傾斜項係數Z1、X方向傾斜項係數Z2和離焦項係數Z3，消除待測球面的面形數據W(x，y)中的傾斜項和常數項得到面形數據W1(x，y)；5)利用離焦項係數Z3和被檢區域的孔徑角αmax得到待檢球面測試中離焦量的估計值 6)由離焦量δ和被檢面孔徑角α，得到待檢球面被檢區域任一點(x，y)在測試過程中由離焦引入的光程差OPD＝δ·(1 cosα)；7)消除步驟4)中得到的待測球面波面數據W1(x，y)中由於面形測試過程中因離焦引入光程差OPD，得到初次去除離焦後待測球面波面數據W2(x，y)＝W1(x，y) OPD；8)對待測球面波面數據W2(x，y)採用36項澤尼克多項式擬合，得到W2(x，y)＝Z′0+Z′1y+Z′2x+Z′3[2(x2+y2) 1]+Z′4(y2 x2)+......消除常數項係數Z0′、Y方向傾斜項係數Z1′、X方向傾斜項係數Z2′和離焦項係數Z3′，得到待測球面的面形數據W3(x，y)＝Z′4(y2 x2)+......FSA00000186301600011.tif
2.根據權利要求1所述的一種在球面面形幹涉檢測中高精度消除離焦誤差及傾斜誤 差的方法，其特徵在於所述的通過白光幹涉法測得待測球面的曲率半徑R步驟為利用光源為白光擴展光源且帶有補償板的麥可遜幹涉儀的白光幹涉零級暗條紋定 位，移動麥可遜幹涉儀的參考平面，測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.根據權利要求1所述的一種在球面面形幹涉檢測中高精度消除離焦誤差及傾斜誤 差的方法，其特徵在於所述的測出待測球面口徑並結合幹涉儀標準面F數得到待測球面被 檢區域任一點(x，y)所對應孔徑角α其中最大孔徑角為步驟為1)測出被檢球面的口徑φ; 2)被檢面孔徑角
4.根據權利要求1所述的一種在球面面形幹涉檢測中高精度消除離焦誤差及傾斜誤 差的方法，其特徵在於所述的對步驟1)中測得待測球面面形數據W(x，y)進行36項澤尼 克多項式擬合得到常數項係數ZpY方向傾斜項係數Z」X方向傾斜項係數Z2和離焦項係數 Z3，消除待測球面的面形數據W(x，y)中的傾斜項和常數項得到面形數據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項與傾斜項，將上式中係數Zp Z1和Z2置 零得到去除常數項和傾斜項的面形數據W1 (x, y) = Z3 [2 (x2+y2) "U+Z4 (y2-x2) +.......
全文摘要
本發明公開了一種在球面面形幹涉檢測中高精度消除離焦誤差及傾斜誤差的方法。首先通過幹涉儀獲得包含離焦、傾斜的波面數據，並測量待測球面曲率半徑和口徑作為去除傾斜、離焦的輔助數據。在待測球面半徑的測試中使用白光幹涉的方法保證了測量的精度。而後利用波面擬合對應項係數和傾斜誤差、離焦誤差的關係，以及離焦量和光程差的精確關係分步去除波面數據中常數項、傾斜誤差和離焦誤差，最後去除常數項、傾斜誤差和離焦誤差的殘差以得到高精度的面形數據。本發明通過對球面幹涉檢測，特別是小F/#被檢面的研究，提供了一種光學元件球面面形檢測中消除離焦和傾斜影響的新方法，對高質量光學元件的檢測與加工具有重要的應用價值。
文檔編號G01B11/24GK101986097SQ20101022488
公開日2011年3月16日 申請日期2010年7月9日 優先權日2010年7月9日
發明者侯溪, 汪凱巍, 沈亦兵, 王東升, 許嘉俊 申請人:浙江大學;中國科學院光電技術研究所