近空值子孔徑測量的拼接的製作方法

2023-08-02 18:16:51 2

專利名稱：近空值子孔徑測量的拼接的製作方法
技術領域：
波陣面測量提供對特別是高品質光學元件的表面形狀或透射特性的精確測量。本 發明涉及用於測量非球面形狀的近空值條件下(near-null conditions)下的子孔徑波陣 面狽Ij量(subaperture wavefront measurement)方法禾口系統。
背景技術：
許多光學系統裝有非球面光學元件，以改善性能或減小系統中光學元件的數量或 尺寸。多數這種非球面光學元件包括具有在正交方向上發生變化或根據位置發生變化的有 限曲率的表面。其它一些非球面光學元件包括僅處於一個方向但會根據位置發生變化的有 限曲率。因此，這些非球面光學元件的表面偏離球面、柱面和平面等常規光學形狀。此外， 還有一些非球面光學元件包括相似地隨著位置發生變化的折射率。基于波陣面測量的子孔徑拼接技術(subaperture stitching techniques)已經 有效地用於測量多種此類非球面光學元件或相似測試對象。各子孔徑在彼此部分重疊的同 時，整體覆蓋欲測測試對象的整個區域，以提供將子孔徑測量元組合成期望的滿孔徑測量 元的可比較基礎。通常，各個子孔徑將測試對象的有限局部區域與球面進行比較，方法是例如從測 試對象的局部區域反射球面測試波陣面，並比較反射的波陣面與初始的球面波陣面。測試 對象的局部區域與基準球面形狀的任意偏差均被併入反射的測試波陣面的形狀中。有多種 技術可用於比較測試波陣面的形狀與初始基準波陣面，例如通過形成幹涉圖案，但是這種 比較的有效測量範圍是有限的。例如，幹涉圖案的條紋密度可能超過可解決的限度。因此， 子孔徑的尺寸受到限制，以使局部區域保持與球面相當，並增加子孔徑的數量以覆蓋期望 的測試面面積。形狀在局部區域與球面形狀偏差極大的測試對象可能需要更多數量的子孔 徑測量元，這會增加測量時間、計算複雜性、噪音、和其它誤差源。某些用於測量旋轉對稱測試對象的軸上波陣面測量將具有同心環區域形狀的多 個子孔徑拼接在一起。進行焦距或其它調節，以改變測試波陣面的局部曲率，來匹配不同環 形區域的預期曲率。除沿測試對象的軸隨著距離漸漸改變基準球面的曲率以匹配不同環形 區域的名義曲率外，已提出了對測試波陣面做第四階和更高階的旋轉對稱變化，來匹配在 測試對象的較大環形區域內的曲率波動。雖然對測試波陣面的更高階的旋轉對稱變化減少了覆蓋測試對象期望面積所需 的測量元數量，但是用於進行這些軸上測量所需的光學元件仍然需要，類似於其它軸上測 量，相對於測量元的最大環形區域確定尺寸。測量光學元件的成本大致隨著尺寸和數值孔 徑而增加，而大型測量光學元件難以製造為所需精度。另外，測試波陣面超過測試對象所給 予的任意相對形狀變化都必須被精確地知道，以相對於初始基準波陣面比較測試對象。雖 然有人提出隨著給予測試波陣面變化所需的光學元件中的相對運動來精確測量波陣面修 正光學元件，但是申請人發現波陣面修正光學元件的實際與預測性能之間的差異會向測試 波陣面中引入系統誤差。也就是說，過度依賴波陣面修正光學元件的校準會產生似是而非的測量結果，其中波陣面修正光學元件偏離它們的預期形狀的誤差與測試對象偏離其預期 形狀的誤差是不可分辨的。還有人提出了使用匹配非球面波陣面的方法，來進行非球面測試對象的滿孔徑測 量。然而，在測量光學元件的所需尺寸以及精確再現期望非球面波陣面的難度方面明顯具 有相似的問題，尤其是在非球面波陣面必須能被調整以測量不同非球面測試對象時。這種 波陣面修正光學元件，其可呈空間光調製器、可變形反射鏡或可調節透鏡組件的形式，趨於 比欲測非球面測試對象複雜，並且精確監視波陣面修正光學元件的某些尺寸也不能保證波 陣面修正光學元件的實際性能免於系統誤差，特別是形成為測試對象的似是而非的人為誤 差的高階誤差。

發明內容
本發明，在其一些優選實施例中，涉及用於對非球面光學元件或其它測試對象進 行子孔徑測量的方法和系統。子孔徑測量元能夠被尺寸獨立於測試對象整體尺寸的光學元 件收集，並且能夠基於可選的波陣面形狀，以在抵消伴隨性系統誤差的同時，增加子孔徑的 尺寸。能夠從圍繞單個測試對象的不同角度位置收集尺寸相似的子孔徑測量元。可變光學 像差儀相對修正測量波陣面形狀，以大致匹配不同子孔徑內的測試對象的意圖形狀。雖然可變光學像差儀優選在原位被模型化和測量，以估算單個調節對測量波陣面 的形狀的影響，但是可變光學像差儀對測量波陣面形狀的估算影響主要用於近空值操作的 目的，例如大致匹配測試對象的意圖非球面特性，並且可變光學像差儀的估算影響與可變 光學像差儀的實際影響之間的任意殘留差異在拼接操作內得到解決。例如，與可變光學像 差儀的模型內的變量有關且代表子孔徑測量元內的系統誤差的量度的補償器，能夠從測試 對象的重疊測量得到解決。雖然可變光學像差儀能實現減少測量測試對象所需的子孔徑 測量元的數量，但是子孔徑的尺寸優選受到限制，以便能夠在子孔徑測量元之間得到足夠 的重疊區域，以用於解決由可變光學像差儀和度量系統內的任意其它識別源引起的系統誤 差。能夠在寬範圍的非球面測試對象內獲得高精度的波陣面測量，同時減少與非球面波陣 面形狀相關聯的不確定性。為了解決與可變光學像差儀的使用相關聯的系統誤差，可變光學像差儀優選對於 多個子孔徑測量元保持為相同的設置。因此，在可變光學像差儀的一個給定設置下，一組 系統誤差可與子孔徑測量元的各子集相關聯。可定義拼接補償器的特定類別，來特徵化這 種系統誤差，以減少誤差對測試對象的測量的影響。通常，補償器是能夠自由地對各子孔 徑測量元採取不同值的類型，稱為自由補償器；或者補償器是受到約束以對所有子孔徑測 量元採取單個值的類型，稱為互鎖補償器。一種特殊的補償器，其能夠與可變光學像差儀的 一些單個設置相關聯，受到約束在與可變光學像差儀的一個給定設置相關聯的子孔徑的各 子集內採取大致相同的值，而自由地在與可變光學像差儀的不同設置相關聯的子孔徑的不 同子集之間採取不同的值，這種補償器以下稱為部分互鎖補償器(partially interlocked compensators) 0可變光學像差儀的其它系統誤差能夠表示為互鎖或自由補償器。相似地， 整個度量系統中的其它系統誤差能夠表示為自由補償器、部分互鎖補償器和互鎖補償器的 不同組合。實施本發明的一個方法涉及有益地擴展用於測量非球面測試對象的度量系統的操作範圍。波陣面傳播器以多種不同關係與物理測試對象相關聯。通過使用對波陣面形狀 具有有限捕捉範圍的波陣面測量儀對測量波陣面的形狀進行測量，來在各種不同關係下獲 得測試對象的部分重疊的波陣面測量元。可變光學像差儀以不同關係在有限數量的測量元 之間使測量波陣面重新成形，來將測量波陣面保持在波陣面測量儀的捕捉範圍內。用於將 部分重疊測量元組合成合成測量元的操作包括這樣的補償器，其在用於減少測量元的重疊 部分之間的差異的操作中取值，所述差異至少部分歸因於可變光學像差儀對所述測量波陣 面的重新成形操作。優選地，可變光學像差儀在使測量波陣面重新成形的設置的一個範圍內是可調節 的。補償器可具有一個振幅和一個函數形式，該函數形式限定測量波陣面的形狀變化，其大 小通過所述振幅是可調整的。所述補償器中包括部分互鎖補償器，其優選受到約束以在可 變光學像差儀的同一設置下所取的一組測量元內獲得大致共同的振幅。然而，所述部分互 鎖補償器優選能夠自由地在可變光學像差儀的另一設置下所取的另一組測量元內獲得另 一大致共同的振幅。所述部分互鎖補償器能夠至少部分解決在可變光學像差儀的一個特定設置下生 成的測量波陣面形狀的估算變化與在可變光學像差儀的該特定設置下生成的測量波陣面 形狀的實際變化之間的差異。在可變光學像差儀的各個設置下生成的測量波陣面的估算形 狀變化可基於可變光學像差儀的一個模型。如此，所述部分互鎖補償器中至少一個的函數 形式優選使可變光學像差儀的所述模型內的一個變量與能夠通過振幅調整大小的測量波 陣面的形狀變化相關。可變光學像差儀能夠在各設置之間重新配置，並且至少一個部分互 鎖補償器能夠與可變光學像差儀的重新配置相關聯。波陣面測量儀可以是幹涉儀，因此，測量波陣面可包括測試波陣面和基準波陣面 兩者。測試波陣面傳播至與測試對象相遇，而測試波陣面的所得形狀與基準波陣面進行相 比。在測試波陣面的所得形狀使條紋密度增加超過可充分解析的限度的情況下，可變光學 像差儀改變測試波陣面和基準波陣面中至少一個的形狀，以系統地減少測試波陣面與基準 波陣面之間的差異。替代地，波陣面測量儀可以是用於測量有限範圍的波陣面形狀的波陣面傳感器。 波陣面發生器用於生成一種測量波陣面，其形狀處於能夠被波陣面傳感器測量到的有限範 圍的波陣面形狀內。測量波陣面傳播至與測試對象相遇，以根據測試對象的物理特性改變 測量波陣面的形狀。可變光學像差儀改變測量波陣面的形狀，以使由與測試對象相遇引起 的測量波陣面形狀變化與通過可變光學像差儀使測量波陣面重新成形的組合效果，使測量 波陣面的形狀保持在能夠被波陣面傳感器測量到的有限範圍的波陣面形狀內。實施本發明的另一方法涉及從物理測試對象的多個部分重疊的測量元組合出一 個物理測試對象的合成測量元。測量測試對象的物理性質的多個部分重疊的數據映像，從 與測試對象相遇的測試波陣面獲得。各數據映像從與一個基準做比較的測試波陣面的形狀 取出。在有限數量的數據映像的獲取之間，獨立於測試對象，相對於所述基準相對改變測試 波陣面的形狀，以減少測試波陣面的形狀與基準之間的差異。評估數據映像的重疊區域，以 特徵化在數據映像的獲取之間的波陣面形狀的相對變化。根據測量之間波陣面形狀相對變 化的特徵來修改數據映像，以將部分重疊的數據映像組合成一個合成數據映像。該合成數 據映像可作為測試對象的外部示意圖(external r印resentation)被顯示出來或以其它方式輸出°優選地，估算由測試波陣面與測試對象相遇引起的測試波陣面的形狀變化，並抵 消測試波陣面形狀的估算變化的至少一部分。另外，還估算測試波陣面相對於基準的相對 形狀變化，並使測試波陣面相對於基準的估算相對形狀變化與測試波陣面相對於基準的實 際相對形狀變化區分開，以特徵化數據映像中的系統誤差。在抑制與測試波陣面相對於基 準的相對形狀變化相關聯的數據映像的系統誤差的影響的同時，將部分重疊的數據映像組 合成所述合成數據映像。補償器優選限定成至少部分地解決測試波陣面相對於基準的估算相對形狀變化 與測試波陣面相對於基準的實際相對形狀變化之間的差異。所述補償器包括部分互鎖補償 器，其受到約束以在相對於基準保持測試波陣面形狀的同時獲得的一組數據映像內獲得大 致共同的值。實施本發明的一個相關方法涉及從物理測試對象的多個子孔徑測量元組合出一 個物理測試對象的合成測量元。生成一個測量波陣面，該測量波陣面傳播經由與可變光學 像差儀和物理測試對象相遇後，到達對波陣面形狀具有有限捕捉範圍的波陣面測量儀。在 波陣面傳播器與物理測試對象之間，經由一連串離軸位置，相對於物理測試對象的軸，使波 陣面傳播器的軸步進。所述波陣面傳播器配置成傳送測量波陣面到測試對象。在有限數量 的離軸位置之間調節可變光學像差儀，以將測量波陣面的形狀保持在波陣面測量儀的捕捉 範圍內。在所述一連串離軸位置，通過波陣面測量儀收集測試對象的部分重疊的子孔徑測 量元。評估子孔徑測量元的重疊部分內的不匹配測量元，以特徵化(characterize)可變光 學像差儀對子孔徑測量元的影響。在忽略可變光學像差儀對子孔徑測量元的被特徵化的影 響的同時，將測試對象的子孔徑測量元拼接在一起，形成合成測量元。可變光學像差儀對子孔徑測量元的影響可建立成一個模型，並且可改變該模型內 的變量的值，以減少子孔徑測量元的重疊部分內的不匹配測量元。可在可變光學像差儀保 持為固定設置的同時，繞測試對象的軸步進波陣面傳播器的軸，以收集測試對象的一組徑 向子孔徑測量元。所述模型內的至少一部分變量可受到約束，以對各個共同徑向子孔徑測 量元包括大致共同的值。實施本發明的再一相關方法涉及從物理對象的測試面的多個重疊的子孔徑數據 映像合成物理對象的測試面的合成數據映像。測試面的多個子孔徑數字數據映像是通過度 量系統從測試面的多個區域收集到的。各個這種映像的至少一部分與至少一個鄰接映像的 一部分重疊，以生成重疊數據區域。使部分互鎖補償器與數據映像中的系統誤差相關聯，所 述系統誤差預計在子孔徑數據映像的組內是共同的，但在子孔徑數據映像的組之間是不同 的。各個部分互鎖補償器具有振幅和函數形式，該函數形式限定子孔徑數據映像的變化，而 變化的大小通過振幅是可調整的。所述部分互鎖補償器受到約束，以便在能夠自由地在子 孔徑數據映像組之間獲得不同振幅的同時，在子孔徑數據映像的各組內獲得大致共同的振 幅。從重疊區域中的各個數據映像中，識別出使不匹配數據最小化的部分互鎖補償器的振 幅，以隔離數據映像中的系統誤差。在抑制隔離出的系統誤差的影響的同時，將各數據映像 合成為一個合成數據映像，作為測試面的示意。除部分互鎖補償器外，實施方法還可包括(a)使自由補償器與預期在所有子孔 徑數據映像中均不相同的數據映像中的系統誤差相關聯，所述自由補償器具有自由的振幅範圍；(b)使互鎖補償器與預期在所有子孔徑數據映像中均相同的數據映像中的系統誤差 相關聯，鎖定的補償器受到約束，以對所有子孔徑數據映像獲得大致共同的振幅。自由和互 鎖補償器中每一個均具有振幅和函數形式，該函數形式限定子孔徑數據映像的變化，而變 化的大小通過振幅是可調整的。從重疊區域中的各個數據映像中，識別出使不匹配數據最 小化的自由和互鎖補償器的振幅，以隔離數據映像中的額外的系統誤差。本發明也可表示為用於測量測試對象的波陣面測量系統。一支持物包括用於安裝 測試對象的安裝軸。波陣面傳播器沿測量軸相對測試對象往返傳送測量波陣面。波陣面測 量儀基於一個基準測量所述測量波陣面的形狀。可調節的工具機軸提供在支持物的安裝軸與 波陣面傳播器的測量軸之間的離軸運動，以捕捉覆蓋測試對象的部分重疊區域的多個子孔 徑測量元。可變光學像差儀相對於所述基準相對改變測量波陣面的形狀。包含在計算機可 讀介質中的數據結構包括補償器，各補償器具有可變的振幅和函數形式，該函數形式限定 測量波陣面的形狀變化，而形狀變化的大小通過振幅是可調整的。處理器在用於將子孔徑 測量元組合成合成測量元的操作中計算補償器的振幅，方法是確定使子孔徑測量元的重疊 部分之間的差異最小化的補償器的振幅，所述差異包括由可變光學像差儀造成的測量波陣 面形狀的相對變化所引起的差異。所述數據結構包括可變光學像差儀的一個模型，其能夠訪問處理器，以估算由可 變光學像差儀引起的測量波陣面形狀的相對變化。補償器優選至少部分地解決由可變光學 像差儀引起的測量波陣面形狀的估算變化與由可變光學像差儀引起的測量波陣面形狀的 實際變化之間的差異。可變光學像差儀優選包括可重新配置的光學元件，其能夠被重新配置，以向測量 波陣面的形狀中併入像散、彗差和三葉形(trefoil)中的至少一個。例如，所述可變光學像 差儀可包括至少兩個能夠相對移動的光學元件，它們相對於彼此是可調節角度的。更具體 地說，可變光學像差儀可以是可調節的稜鏡裝置，具有至少兩個相對可調節的稜鏡。


圖1是本發明的多軸度量系統的等距視圖。圖加是圖1所示儀器中的六軸的示意性等距視圖。圖2b是圖1所示儀器的旋轉軸之間的偏移量的示意性等距視圖。圖3是波陣面測量儀的內部樣品圖，示出了配置有三個不同測試光學元件用於測 量的輸出光束。圖4示出了多軸度量系統的一部分，在波陣面測量儀與用於安裝非球面測試對象 的支持物之間增加有可變光學像差儀。圖5示出了覆蓋測試對象的表面的部分重疊的子孔徑的柵網，同時示出了其側視 圖用於對比。圖6a、6b、6c是各種測量波陣面的曲線圖，包括示出了可變光學像差儀的影響的 波陣面。圖7和8示出了使用可變光學像差儀的不同設置來收集不同孔徑角的子孔徑測量元。圖9是可變光學像差儀的一個示例的詳情圖，示出了像差儀的各種設置。
圖IOa和IOb是在可變光學像差儀的兩個不同設置下、繪出基於補償器的系統誤 差的預期影響的曲線圖。圖Ila和lib示出了一個替代的波陣面測量儀，圖Ila類似於圖3，但是以 Shack-Hartman波陣面傳感器的相應配置代替了 Fizeau幹涉儀配置，而圖lib放大地示出 了傳感器自身。
具體實施例方式本發明的優選實施例涉及度量系統及其使用方法，特別是將子孔徑測量元合成為 或以其它方式組合成為合成測量元的系統，以及用於測量非球面測試對象的這種系統和方 法的改進。顯著地，各實施例能實現增加子孔徑測量元的有效範圍，具有節省成本和時間、 以及改善測量精度的潛力。圖1示出了這種度量系統的一個示例。圖示度量系統10包括波陣面測量儀12，例 如幹涉儀，其安裝至(嵌入)多軸工具機14，多軸工具機14限定出一個工作站，該工作站具有夾 盤或載物臺18，用於在測量期間接收和移動測試對象20。多軸工具機14在波陣面測量儀12 與支持測試對象20的夾盤或載物臺18之間提供六個運動軸。如圖加和2b所示的六個運 動軸包括三個提供平移的機械軸(X，Y，Z)和三個提供旋轉的機械軸(A，B, C)。為了論述的目的，認為平移軸X、Y、Z相互垂直，旋轉軸B平行於平移軸Y，旋轉軸 B、C相互垂直，並且旋轉軸A、C也相互垂直。在高品質工具機平臺中，例如計算機數控工具機中 採用的，這些假設在微米級表面拓撲所需的誤差範圍內基本是正確的。作為這裡使用的約 定，當旋轉軸B和C設定為零時，旋轉軸A沿平移軸Z取向。平移軸Z在旋轉軸B、C的任意 其它位置，均不平行於旋轉軸A(當然180°旋轉時除外)。沿著或圍繞這六個機械軸的運動優選獨立受控於相應的致動器16，例如具有常規 支座和驅動聯結件(例如傳動裝置)的步進馬達組件等。單個機械軸可受自動或手動控制。 控制的類型不是該過程的實質部分。可使用不同數量的機械軸，伴隨不同的取向和機械軸 之間的偏移量，以便能夠適於通過一系列期望的相對位置相對於夾盤或載物臺18來相對 移動波陣面測量儀。工具機各軸的任意對齊不良能夠在度量系統10的校準期間或後續拼接 操作期間得到調節，正如共同受讓的名為「Method for Calibrating the Geometry of a Multi-Axis Metrology System」的美國專利No. 7，173，691所公開的，該專利在這裡通過引 用併入本文。除幹涉儀外，波陣面測量儀12還可為各種形式，包括例如Siack-Hartmarm波陣面 傳感器。然而，如圖3所示，波陣面測量儀圖示為Fizeau幹涉儀。光源1 發出一束相干 光，被透鏡12b聚焦後經焦點形成擴張的光束。分束器12c接收該擴張的光束，並沿測量儀 12的內部光軸31反射光束的一部分。準直透鏡12d在透射球面(transmission sphere) 28 前使光束平行化，而透射球面28進一步使平行化的光束30成形，並將成形的光束分成測試 光束和基準光束。形成透射球面觀的最後一個表面的基準面四呈球面形式，匹配於入射 至基準面四的進一步成形的光束的波陣面形狀。可用透射平面、透射柱面或其它透射形狀 代替透射球面觀，來提供其它基準面形狀。入射光束的一部分以基準波陣面的形式被基準面四回射，其餘光束以測試波陣 面的形式透過基準面四。優選地，測量儀12的內部光軸31延伸成平行於測量儀12的外部光軸34以及Z軸運行方向。在圖示的球面形式中，測試波陣面沿外部測量軸34傳播，經焦 點36會聚，以在凹狀形式和凸狀形式之間轉換。具有互補凸面和凹面形狀的可選測試對象 42.46a.46b圖示為沿測量軸34位於不同位置。測試波陣面被遇到的測試面43、47a、47b中的任一個反射，經由透射球面28重新 進入測量儀12，並與反射的基準波陣面一起傳播穿過準直透鏡12d至分束器12c。返回光 的一部分透射穿過分束器12c以及透鏡12e，以將遇到的測試面的圖像聚焦到檢測器12g 上。透鏡1 優選選擇成使光平行化(在圖像空間中使系統遠心)。平面12i與遇到的通 過各光學元件後的測試面43、47a或47b名義共軛(nominally conjugate)。調焦軸F實現 沿光軸31移動檢測器12g至與共軛平面12i重合的位置，從而對特定的測試面43、47a或 47b獲得最佳的聚焦。優選地，檢測器12g包括CCD (電荷耦合器件)傳感器陣列(其可在 封裝體1 中包括其它視頻電子裝置)，但是也可包括漫射盤(其將在封裝體1 中包括額 外的中繼成像光學元件)。通常，波陣面測量儀的光學元件將波陣面成像到檢測平面上(波陣面的強度和/ 或相位在這裡得到記錄)。這種測量儀通常需要將測試下的表面(或光學系統)安置到距 測量儀特定距離的地方，如圖3所示。最佳距離取決於測量儀的光學元件以及測試面的曲 率半徑，並大致相當於共焦配置，其將測試面曲率的名義中心定位成與測量儀的焦點36重 合。因此，具有不同半徑的不同測試面，例如表面43、47a、47b，被安置成距測量儀為不同距 離(並具有不同的物軛(object conjugate))。測量儀檢測平面的最佳位置(12g與像軛 12 重合)隨之改變，通常相應於下式111—+ := —(1)Obj img f其中，「obj」是從測試面到測量儀的第一主平面12P1的位移，「img」是從測量儀的 後主平面12P2到像面(即檢測平面的最佳位置)的位移，而「f」是測量儀的光學系統的焦距。測量儀操作者能夠手動(並從視覺上)調節檢測平面12g(因此「圖像」)，來對給 定的測試構造獲得最銳利的圖像(12g與測試面的像軛12i重合)。當獲得最佳聚焦時，通 常需要物理邊緣或一些其它高對比度的特徵(例如部件邊緣或一張紙插入測量儀波陣面 中以臨時提供供聚焦於其上的邊緣)，來供操作者辨別。然而，也可採用自動調焦，正如名為 「Method for Accurate High-Resolution Measurements of Aspheric Surfaces，，的共同 受讓美國專利No. 7，433，057所公開的，該專利在這裡通過引用併入本文。波陣面測量儀12相對於待測量的測試面43、47a或47b獲得最佳焦點位置是重要 的，原因有二。第一，對於將個體測量點映射到它們在測試面43、47a或47b上的相應點來 說，最佳調焦是重要的。第二，最佳調焦對以下情況也很重要使測試波陣面的曲率匹配於 測試面43、47a或47b的預期曲率(所謂的「空值」條件)，以在測試面43、47a或47b匹配 於基準面四時，使返回的測試波陣面確切匹配於基準波陣面。然而，對於測量偏離球面形狀的非球面測試面，使用球面基準面能夠獲得的最佳 情況一般是近空值條件。也就是說，即使非球面測試面做得完全符合規格，在返回的測試波 陣面與基準波陣面之間也需要一些偏差(即偏離空值條件)，來解決非球面表面與球面基 準面的意圖偏差。幹涉儀和其它波陣面測量儀一般具有有限的捕捉範圍，經此能夠測量與基準面或其它基準存在偏差的測試波陣面。在幹涉儀中，在所得幹涉圖案內的條紋濃度能 夠超過可解決的限度。因此，非球面表面與基準形式的偏差會弱化波陣面測量儀12的測量 範圍的至少一部分。如圖4所示，本發明一實施例在波陣面測量儀12的透射球面28與多軸工具機14的 夾盤或載物臺18之間插入可變光學像差儀(aberrator)50。夾盤或載物臺18用作安裝和 定位非球面測試對象52的支持物。非球面測試對象的非球面測試面M優選具有取向為與 多軸工具機14的旋轉軸A重合的旋轉對稱軸。可變光學像差儀50使沿波陣面測量儀12的外部軸34傳播的測量波陣面60 (例 如Fizeau幹涉儀的測試波陣面)重新成形，必要時形成為重新成形的測量波陣面62，以便 更密切地匹配非球面測試面M的預期局部形狀。可變光學像差儀50實現的重新成形量可 匹配於以下二者之間的差異(a)從例如非球面測試面M的設計規格所取的對整個測量區 域的非球面測試面M的估算形狀、(b)用於比較非球面測試面M的基準面形狀或其它基 準。或者，例如在不能得到關於非球面測試面M的預期形狀的信息時，可經由對測量波陣 面60的一系列調節，重複循環可變光學像差儀50，測試出測量質量的量度，例如明晰的條 紋間隔，直到達到近空值條件。無論哪種方法，可變光學像差儀50均使度量系統10恢復至 至少在波陣面測量儀12的捕捉範圍內為近空值條件。作為子孔徑波陣面測量結果由波陣面測量儀12收集到的圖像數據在計算機處理 器56內被轉變成子孔徑數據映像(data map)，其能夠從數字上表示測試對象52的物理特 徵，例如表面形貌。數據也優選被收集在計算機處理器56內，以監視可變光學像差儀50的 設置。另外，關於可變光學像差儀50和測試對象52兩者的信息優選存儲在可訪問計算機 處理器56的數據結構(例如計算機可讀介質)中，以估算可變光學像差儀50和測試對象 52兩者對測量波陣面的效果。涉及測試對象52的信息可用於預測測試對象52的測試面M 與例如基準面四等基準數據之間的局部差異，以確定獲得近空值條件所需的測量波陣面 重新成形量。涉及可變光學像差儀50的信息可用於調節光學像差儀至獲得近空值條件所 需的測量波陣面重新成形所需的設置。另外，涉及可變光學像差儀50對測量波陣面的效果 的估算可併入對子孔徑數據映像的處理，以區分歸因於測試對象52的波陣面效果與歸因 於可變光學像差儀50的波陣面效果。計算機處理器56還實現將子孔徑數據映像組合成合 成映像，其進一步構成可變光學像差儀50的殘餘波陣面效果，正如後面將詳細描述的。輸 出裝置58，例如顯示器或者其它通信或數據表示裝置，可用於將合成映像表示成測試對象 52的物理示意，以便實用於例如對測試對象52的檢查、質量評定、或進一步製造。雖然測量波陣面重新成形的可能性能夠消除對在整個測試面內匹配測量波陣面 的子孔徑拼接的需要，但是子孔徑拼接能提供額外的優點。在有限孔徑尺寸內的近空值處 理(near-nulling)減少測量非球面測試對象所需的波陣面重新成形的範圍。能夠使用更 簡單、更容易控制、且更可預測的可變光學像差儀。相反，可變光學像差儀的波陣面調節的 給定範圍能夠實現測量更大範圍的非球面測試面。雖然由拼接的合成測量元覆蓋的測量面 積並不一定大於由組合成合成測量元的單個子孔徑測量元覆蓋的測量面積，但是合成測量 元確實能夠覆蓋更大的測量面積，並且一般如此。因此，子孔徑拼接的可能性限制測量測試 面所需的光學元件的尺寸，包括可變光學像差儀的尺寸。或許更重要地，與子孔徑拼接相關 聯的測量處理，如將說明的，可用於識別與可變光學像差儀相關聯的殘餘系統誤差，儘管可變光學像差儀的最仔細的建模和測量。因此，子孔徑拼接與可變光學像差儀的組合能夠實 現更精確地測量非球面測試對象。圖5示出了覆蓋測試對象70的非球面表面68的部分重疊的圓形子孔徑測量元 (subaperture measurement) 66的柵網64。各子孔徑測量元66以孔徑角α和方位角θ 的唯一(unique)組合被捕捉。孔徑角α，顯示為波陣面測量儀12的外部傳播軸34相對於 非球面表面68的對稱軸72的傾斜角，大致相應於旋轉軸B。方位角θ，標示為圍繞對稱軸 72的角度位置，大致相應於穿過多軸工具機14的夾盤或載物臺18的旋轉軸Α。可根據度量 系統的光學元件和其它特性或者用於處理度量系統所獲得的數據的參數選擇，使用其它子 孔徑形狀和柵網構造來測量相似或不同的測試面。在圖示柵網64內，子孔徑測量元66僅佔據三個不同的孔徑角α，其中第一孔徑角 α大致在軸上，即與對稱軸72對齊，而第二和第三孔徑角α相對於對稱軸72漸進地發生 傾斜。在第一孔徑角α只標出了一個子孔徑測量元(雖然尤其為了校準目的可採用多個測 量元)，而在第二和第三孔徑角分別以不同方位角θ標出了多個子孔徑測量元66。如此， 位於第二和第三孔徑角α的子孔徑測量元66配置在同心環74和76。考慮到測試對象70 是旋轉對稱的，非球面表面68預期沿各同心環74、76在子孔徑測量元66內相似地成形。圖6a、6b、6c的曲線圖以實線68a、68b、68c示出了從三個孔徑角α處的非球面 表面返回的預期(正如未被可變光學像差儀修正時的)測量波陣面輪廓，這三個孔徑角α 對應於一個軸上子孔徑66和沿環74、76所取的兩個代表子孔徑66。限定在「0」處的橫軸 (橫坐標)對應於基準波陣面(例如從球面基準面四反射回來的)或其它基準，由此基準 在波陣面測量儀12內測量非球面表面68。括弧78 (為說明起見)表示波陣面測量儀12的 捕捉範圍。(幹涉儀的實際捕捉範圍一般是更複雜的函數)雖然軸上子孔徑66的測量波陣 面輪廓68a良好地位于波陣面測量儀12的捕捉範圍78內，但是沿環74、78定位的子孔徑 的測量波陣面輪廓68b、68c遠遠超出了波陣面測量儀12的捕捉範圍78。圖7和8示意性地示出了插入可變光學像差儀50來重新整形測量波陣面60，以 使從沿環74、76定位的子孔徑返回的測量波陣面輪廓位於，優選居中位於，波陣面測量儀 12的捕捉範圍78內。由虛線示出的重新成形的測量波陣面輪廓80b、80c示出了可變光學 像差儀50在其設計的制約內，對初始測量波陣面輪廓68b、68c的意圖效果。如圖7和8所 示，圖示為稜鏡對90的可變光學像差儀50，在第二和第三孔徑角α的傾斜角之間受到調 節，以沿兩個徑向環74、76收集子孔徑測量元66。調節包括改變稜鏡對90的整體楔角ω 以及稜鏡對90的整體取向角ν。為了參考目的，圖7和8示出了旋轉對稱測試面68的對稱軸72、波陣面測量儀12 的外部傳播軸34、以及從稜鏡對90到非球面表面68上的子孔徑66的中心94的受變光路 92。孔徑角α優選被測量於對稱軸72與延伸至子孔徑66的中心94的受變光路92之間。 相似地，稜鏡對90的整體取向角ν標註在稜鏡對90的背面96與受變光路92的垂線之間。 從圖7 8可知，稜鏡對90的設置發生改變，正如稜鏡對90的整體楔角ω和稜鏡對90的 整體取向角ν兩者均增加以提供更大的波陣面補償量所示出的。圖9示出了可變光學像差儀100的進一步詳情，包括一對角度可相對調節的稜鏡 102、104，其整體相對於多軸工具機14繞旋轉軸T以及水平和垂直平移軸H、V是可調節的。 稜鏡102、104在相應的旋轉支座106、108內繞旋轉軸S、W是角度可調節的，動力源為致動器110、112，例如伺服驅動器等。稜鏡102、104繞其旋轉軸S、W的旋轉能實現調節組合稜 鏡的整體楔角ω。支持旋轉稜鏡支座106、108的法蘭114可旋轉地安裝至水平運動載物臺118的承 載件116，以繞旋轉軸T旋轉，主要用於調節稜鏡102、104經由取向角ν相對于波陣面測 量儀12的光軸34和測試對象的對稱軸72的整體取向。水平載物臺118還用作垂直載物 臺120的承載件。也可受控於手動或自動致動器(未示出)的水平和垂直載物臺118、120 一起能實現沿平移軸H、V整體平移稜鏡102、104，以相對于波陣面測量儀12和測試對象70 兩者定位稜鏡102、104(例如，優選相對于波陣面測量儀12的光軸34居中)。例如編碼器 等測量儀(未示出)可與三個旋轉軸S、W、T以及兩個平移軸H、V相關聯，作為向致動器的 反饋以及可變光學像差儀100的預期性能的指示器。對於重新構造可變光學像差儀以及相 對於多軸工具機14相對調節可變光學像差儀來說，不同數量、取向和層疊關係也是可行的。雖然可變光學像差儀100對測量波陣面60的調節效果能夠以一定精度估算出來， 例如通過仔細校準可變光學像差儀100以及仔細測量對可變光學像差儀100的調節，但是 仍殘留有一定量的殘餘誤差，這會大幅影響對非球面測試面68的測量精度。參考圖6b和 6c的曲線圖，虛線80b、80c表示對測量理想非球面測試對象來說，可變光學像差儀100的給 定設置對所得測量波陣面的預期估算效果。然而，可變光學像差儀100的實際性能與其估 算效果不同，正如點狀波陣面形狀82b、82c所示。其差異可使測試對象的測量產生很大偏 差。然而，根據本發明一優選實施例，重疊子孔徑測量元66的進一步處理能夠抵消伴 隨使用可變光學像差儀100產生的殘餘誤差。部分重疊的子孔徑測量元66可記錄為包含 與測試對象上的不同位置相關聯的波陣面變動測量值的數據映像。基於例如基準球面等基 準測得的波陣面差異，表示測試對象與該基準在被可變光學像差儀100的效果減少時的差 異。或者，測量波陣面差異所用的基準是波陣面測量儀的初始基準(例如球面基準面)與 可變光學像差儀100的組合。任一情況下，關於可變光學像差儀100的貢獻的假設直接影 響對波陣面測量儀12測得的波陣面差異的解釋。另外，典型數據映像將測試對象的波陣面測量結果等同於測試面上的相應 點。為了適應預期畸變，可將重疊數據映像以名義畸變映像投射到全域坐標系(global coordinate system)(例如測試對象的赤道面)上。如果全域平面(glottal plane)上的坐 標被寫成(X，Y)或更簡單的X，則被便利地有序化後的網格點可寫成1 = 1，2，... L的X」 它們的密度可選擇成使得各子孔徑數據集上的關聯點大致匹配其解析度；將它們的密度選 擇成大於此是無用的，但是可有利於使它較小。通過內插(interpolating)而在全域平面 上的網格點處找出第j'個子孔徑數據集的值，能得到函數fj(X)的值。相似地，可使用該數 據的被比例化的常規補償器(scaled conventional compensator)來生成k= 1，2，. . . K的 函數(X)，其中K是使用中的這些補償器的數量(通常為七個四個基本補償器加三個用 於數據重新定位的)。另外，被比例化的互鎖補償器(scaled interlocked compensators) 變得能夠表示為、=1,2,... Γ的(^^(幻，其中Γ是用於修正例如畸變和基準波陣面誤 差等誤差的補償器的數量。得到補償的數據集現在能夠寫成
權利要求
1 一種擴展用於測量非球面測試對象的度量系統的操作範圍的方法，包括以下步驟以多種不同關係使波陣面傳播器與物理測試對象相關聯；通過使用對波陣面形狀具有有限捕捉範圍的波陣面測量儀對測量波陣面的形狀進行 測量，來在各種不同關係下獲得測試對象的部分重疊的波陣面測量元；在所述不同關係下在有限數量的測量元之間通過可變光學像差儀使所述測量波陣面 重新成形，以使所述測量波陣面保持在波陣面測量儀的捕捉範圍內；以及在將部分重疊的測量元組合成一個合成測量元的操作中併入補償器，其中，所述補償器在用於減少測量元的重疊部分之間的差異的操作中取值，所述差異 至少部分歸因於可變光學像差儀對所述測量波陣面的重新成形操作。
2.如權利要求1所述的方法，其中，(a)所述可變光學像差儀在使所述測量波陣面重新成形的設置的一個範圍內是可調節的，(b)所述補償器具有一個振幅和一個函數形式，該函數形式限定所述測量波陣面的形 狀變化，其大小通過所述振幅是可調整的，並且(c)所述補償器包括部分互鎖補償器，其受到約束以在可變光學像差儀的同一設置下 所取的一組測量元內，獲得大致共同的振幅。
3.如權利要求2所述的方法，其中，所述部分互鎖補償器能夠自由地在可變光學像差 儀的另一設置下所取的另一組測量元內獲得，另一大致共同的振幅。
4.如權利要求3所述的方法，其中，所述部分互鎖補償器至少部分解決在可變光學像 差儀的一個特定設置下生成的測量波陣面的估算形狀變化與在可變光學像差儀的該特定 設置下生成的測量波陣面的實際形狀變化之間的差異。
5.如權利要求4所述的方法，其中，在可變光學像差儀的各個設置下生成的測量波陣 面的估算形狀變化基於可變光學像差儀的一個模型。
6.如權利要求5所述方法，其中，所述部分互鎖補償器中的至少一個的函數形式使可 變光學像差儀的所述模型內的一個變量與能夠通過振幅調整大小的測量波陣面的形狀變 化相關。
7.如權利要求6所述的方法，其中，所述可變光學像差儀在各設置之間是可重新配置 的，所述至少一個部分互鎖補償器與可變光學像差儀的重新配置相關聯。
8.如權利要求1所述的方法，其中，所述波陣面測量儀包括幹涉儀，所述測量波陣面包括測試波陣面和基準波陣面，獲得測試對象的部分重疊波陣面測量元的步驟包括使所述測試波陣面傳播至與測 試對象相遇，並基於所述基準波陣面比較受到與測試對象相遇影響的測試波陣面的形狀變 化，並且通過可變光學像差儀使測量波陣面重新成形的步驟包括改變測試波陣面和基準波陣 面中至少一個的形狀，以減少測試波陣面與基準波陣面之間的差異。
9.如權利要求1所述的方法，其中，所述波陣面測量儀包括波陣面傳感器，用於在波陣面測量儀的捕捉範圍內測量有限範圍的波陣面形狀，和波陣面發生器，用於生成一種測量波陣面，其形狀處於能夠被波陣面傳感器測量到的有限範圍的波陣面形狀內。
10.如權利要求9所述的方法，其中，獲得測試對象的部分重疊波陣面測量元的步驟包括使測量波陣面傳播至與測試對象 相遇，以根據測試對象的物理特性改變測量波陣面的形狀，並且通過可變光學像差儀使測量波陣面重新成形的步驟包括改變測量波陣面的形狀，以使 由與測試對象相遇引起的測量波陣面形狀變化與測量波陣面的重新成形的組合效果，使測 量波陣面的形狀保持在能夠被波陣面傳感器測量的有限範圍的波陣面形狀內。
11.如權利要求1所述的方法，其中，通過可變光學像差儀使測量波陣面重新成形的步 驟包括評價測量波陣面是否在波陣面測量儀的捕捉範圍內，並進一步使測量波陣面重新成 形，以使測量波陣面恢復至波陣面測量儀的捕捉範圍內。
12.如權利要求1所述的方法，其中，以多種不同關係使波陣面傳播器與物理測試對象 相關聯的步驟包括經由多個離軸位置，相對於物理測試對象的軸相對移動波陣面傳播器 的軸。
13.如權利要求12所述的方法，其中，通過可變光學像差儀使測量波陣面重新成形的 步驟包括改變測量波陣面，以包括像散、彗差和三葉形中的至少一個。
14.一種從物理測試對象的多個部分重疊的測量元合成該物理測試對象的合成測量元 的方法，包括以下步驟從與測試對象相遇的測試波陣面獲取測量測試對象的物理性質的多個部分重疊的數 據映像，各數據映像是從與一個基準做對比的測試波陣面的形狀中取出的；在有限數量的數據映像的獲取之間，獨立於測試對象地相對於基準相對改變測試波陣 面的形狀，以減少測試波陣面的形狀與基準之間的差異；評估數據映像的重疊區域，以特徵化在數據映像的獲取之間的波陣面形狀的相對變 化；以及根據測量之間波陣面形狀相對變化的特徵來修改數據映像，以將部分重疊的數據映像 組合成一合成數據映像。
15.如權利要求14所述的方法，包括將部分重疊的數據映像組合成所述合成數據映 像，並將所述合成數據映像顯示成為測試對象的外部示意圖。
16.如權利要求14所述的方法，包括估算由測試波陣面與測試對象相遇引起的測試波 陣面的形狀變化的步驟，並且相對於基準相對改變測試波陣面形狀的步驟包括抵消測試波 陣面的估算形狀變化的至少一部分，以減少測試波陣面的形狀與基準之間的差異。
17.如權利要求16所述的方法，包括估算由相對於基準相對改變測試波陣面形狀的步 驟引起的測試波陣面相對於基準的相對形狀變化的步驟，並且評估數據映像的重疊區域的 步驟包括區分測試波陣面相對於基準的估算相對形狀變化與測試波陣面相對於基準的實 際相對形狀變化，以特徵化數據映像中的系統誤差。
18.如權利要求17所述的方法，包括在抑制與測試波陣面相對於基準的相對形狀變化 相關聯的數據映像中的系統誤差對合成數據映像的影響的同時、將部分重疊的數據映像組 合成合成數據映像的步驟。
19.如權利要求18所述的方法，其中，評估步驟包括限定補償器，以至少部分地解決測 試波陣面相對於基準的估算相對形狀變化與測試波陣面相對於基準的實際相對形狀變化之間的差異。
20.如權利要求19所述的方法，包括在有限數量的數據映像的獲取之間相對於基準保 持測試波陣面的形狀的步驟，並且所述補償器包括部分互鎖補償器，其受到約束，以對在相 對於基準保持測試波陣面形狀的同時獲得的一組數據映像獲得大致共同的值。
21.如權利要求14所述的方法，其中，評估步驟包括限定補償器，以至少部分地解決測 試波陣面相對於基準的相對形狀變化，並且補償器包括部分互鎖補償器，其受到約束，以對 測試波陣面相對於基準的一個給定的相對形狀變化獲得大致共同的值。
22.如權利要求21所述的方法，包括以下步驟在用於將部分重疊的數據映像組合成一個合成數據映像的操作中併入補償器，將部分重疊的數據映像組合成合成數據映像，並且將合成數據映像作為測試對象的外部示意圖進行顯示。
23.—種從物理測試對象的多個子孔徑測量元合成該物理測試對象的合成測量元的方 法，包括以下步驟生成測量波陣面；傳播所述測量波陣面，經與可變光學像差儀和物理測試對象相遇後，到達對波陣面形 狀具有有限捕捉範圍的波陣面測量儀；在波陣面傳播器與物理測試對象之間經由一連串離軸位置相對於物理測試對象的軸 步進波陣面傳播器的軸，所述波陣面傳播器配置成傳送測量波陣面到測試對象；在有限數量的離軸位置之間調節可變光學像差儀，以將測量波陣面的形狀保持在波陣 面測量儀的捕捉範圍內；在所述一連串離軸位置，通過波陣面測量儀收集測試對象的部分重疊的子孔徑測量元；評估子孔徑測量元的重疊部分內的不匹配測量元，以特徵化可變光學像差儀對子孔徑 測量元的影響；以及在忽略可變光學像差儀對子孔徑測量元的被特徵化的影響的同時，將測試對象的子孔 徑測量元拼接在一起形成合成測量元。
24.如權利要求23所述的方法，其中，為可變光學像差儀對子孔徑測量元的影響建立 模型，並且評估步驟包括改變模型內的變量值，以減少子孔徑測量元的重疊部分內的不匹 配測量元。
25.如權利要求M所述的方法，其中，步進步驟包括繞測試對象的軸相對旋轉波陣面 傳播器的軸，以收集測試對象的一組徑向子孔徑測量元；並且包括在共同的徑向子孔徑測 量元之間將可變光學像差儀保持成固定設置的步驟。
26.如權利要求25所述的方法，其中，評估步驟包括約束模型內的至少一部分變量，來 為共同的徑向子孔徑測量元中的每一個包括大致共同的值。
27.如權利要求23所述的方法，其中，評估和拼接步驟包括在用於將部分重疊的子孔 徑測量元組合成合成測量元的操作中併入補償器，其中補償器在該操作中取值，以減少至 少部分由可變光學像差儀引起的子孔徑測量元的重疊部分之間的差異。
28.如權利要求27所述的方法，其中，(a)所述可變光學像差儀在使所述測量波陣面重新成形的設置的一個範圍內是可調節的，(b)所述補償器具有一個振幅和一個函數形式，該函數形式限定所述測量波陣面的形 狀變化，其大小通過所述振幅是可調整的，並且(C)所述補償器包括部分互鎖補償器，其受到約束以在可變光學像差儀的同一設置下 所取的一組測量元內，獲得大致共同的振幅。
29.如權利要求觀所述的方法，其中，所述部分互鎖補償器能夠自由地在可變光學像 差儀的另一設置下所取的另一組測量元內，獲得另一大致共同的振幅。
30.如權利要求23所述的方法，其中， 所述波陣面測量儀包括幹涉儀，所述測量波陣面包括測試波陣面和基準波陣面，收集測試對象的部分重疊子孔徑測量元的步驟包括使所述測試波陣面傳播至與測 試對象相遇，並基於所述基準波陣面比較受到與測試對象相遇影響的測試波陣面的形狀變 化，並且調節可變光學像差儀的步驟包括改變測試波陣面和基準波陣面中至少一個的形狀， 以減少測試波陣面與基準波陣面之間的差異。
31.如權利要求23所述的方法，其中，所述波陣面測量儀包括波陣面傳感器，用於在波陣面測量儀的捕捉範圍內測量有限範圍的波陣面形狀，和 波陣面發生器，用於生成一種測量波陣面，其形狀處於能夠被波陣面傳感器測量到的 有限範圍的波陣面形狀內。
32.一種從物理對象的測試面的多個重疊的子孔徑數據映像合成物理對象的測試面的 合成數據映像的方法，包括以下步驟通過一個度量系統從測試面的多個區域收集測試面的多個子孔徑數字數據映像，各個 這種映像的至少一部分與至少一個鄰接映像的一部分重疊，以生成重疊數據區域；使部分互鎖補償器與數據映像中的系統誤差相關聯，所述系統誤差預計在子孔徑數據 映像的組內是共同的，而在子孔徑數據映像的組之間是不同的；各個部分互鎖補償器具有振幅和函數形式，該函數形式限定子孔徑數據映像的變化， 而變化的大小通過振幅是可調整的；約束所述部分互鎖補償器，以便在能夠自由地在子孔徑數據映像組之間獲得不同振幅 的同時，在子孔徑數據映像的各組內，獲得大致共同的振幅；從重疊區域中的各個數據映像中識別出使不匹配數據最小化的部分互鎖補償器的振 幅，以隔離數據映像中的系統誤差；以及在抑制隔離出的系統誤差的影響的同時，將各數據映像合成為一個合成數據映像，作 為測試面的示意。
33.如權利要求32所述的方法，包括以下步驟使自由補償器與預期在所有子孔徑數據映像中均不相同的數據映像中的系統誤差相 關聯，所述自由補償器具有自由的振幅範圍；使互鎖補償器與預期在所有子孔徑數據映像中均相同的數據映像中的系統誤差相關 聯，鎖定的補償器受到約束，以對所有子孔徑數據映像獲得大致共同的振幅；以及自由和互鎖補償器中的每一個均具有振幅和函數形式，該函數形式限定子孔徑數據映像的變化，而變化的大小通過振幅是可調整的。
34.如權利要求33所述的方法，其中，識別振幅的步驟包括從重疊區域中的各個數據 映像中識別出使不匹配數據最小化的自由和互鎖補償器的振幅，以隔離數據映像中的額外 系統誤差。
35.一種用於測量測試對象的波陣面測量系統，包括具有用於安裝測試對象的安裝軸的支持物；沿測量軸相對測試對象往返傳送測量波陣面的波陣面傳播器；基於一個基準測量所述測量波陣面的形狀的波陣面測量儀；可調節的工具機軸，其提供在支持物的安裝軸與波陣面傳播器的測量軸之間的離軸運 動，以捕捉覆蓋測試對象的部分重疊區域的多個子孔徑測量元；相對於所述基準相對改變所述測量波陣面的形狀的可變光學像差儀；包含在計算機可讀介質中的數據結構，其包括補償器，各補償器具有可變振幅和函數 形式，該函數形式限定測量波陣面的形狀變化，而形狀變化的大小通過振幅是可調整的；和處理器，其在用於將子孔徑測量元組合成合成測量元的操作中計算補償器的振幅，方 法是確定使子孔徑測量元的重疊部分之間的差異最小化的補償器的振幅，所述差異包括由 可變光學像差儀造成的測量波陣面形狀的相對變化所引起的差異。
36.如權利要求35所述的系統，其中，所述數據結構包括可變光學像差儀的一個模型， 其能夠訪問處理器，以估算由可變光學像差儀引起的測量波陣面形狀的相對變化。
37.如權利要求36所述的系統，其中，所述補償器包括這樣的補償器，其至少部分地解 決由可變光學像差儀引起的測量波陣面形狀的估算變化與由可變光學像差儀引起的測量 波陣面形狀的實際變化之間的差異。
38.如權利要求36所述的系統，其中，所述可變光學像差儀包括可重新配置的光學元 件，其能夠被重新配置，以向測量波陣面的形狀中併入像散、彗差和三葉形中的至少一個。
39.如權利要求37所述的系統，其中，所述可變光學像差儀包括至少兩個能夠相對移 動的光學元件，它們相對於彼此是可調節角度的。
40.如權利要求39所述的系統，其中，所述可變光學像差儀是具有至少兩個相對可調 節的稜鏡的可調節稜鏡裝置。
全文摘要
一種通過子孔徑拼接測量非球面測試對象的度量系統。對波陣面形狀具有有限捕捉範圍的波陣面測量儀在測試對象上收集部分重疊的子孔徑測量元。可變光學像差儀通過在有限數量的測量元之間使測量波陣面重新成形，來將測量波陣面保持在波陣面測量儀的捕捉範圍內。向拼接操作中併入多種誤差補償器，以管理與使用可變光學像差儀相關聯的殘餘誤差。
文檔編號G01B7/28GK102047072SQ200980119868
公開日2011年5月4日 申請日期2009年4月8日 優先權日2008年4月8日
發明者保羅·墨菲, 克里斯多福·布羅菲, 加裡·德弗裡斯, 格雷格·福比斯 申請人:Qed技術國際股份有限公司