[發(fā)明專利]用于校正非球面非零位檢測時的原理誤差的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810061678.5
• 申請日: 2008-05-23
• 公開（公告）號: CN101290218A
• 公開（公告）日: 2008-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉東;楊甬英;田超;卓永模
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司
• 代理人: 張法高

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于校正非球面非零位檢測中的原理誤差的方法。

背景技術(shù)

由于非球面形狀各異，光學非球面檢測一直以來都是個難題。經(jīng)過長期發(fā)展，人們探索出了多種檢測非球面的方法。商業(yè)非球面檢測系統(tǒng)多采用接觸式輪廓儀，它可以實現(xiàn)較高精度的檢測。但是由于其屬于接觸式測量，探針容易對被測非球面造成損傷，應(yīng)用上受到很大限制。目前應(yīng)用最多的非接觸檢測是采用零位器件作為輔助工具的零位檢測法，其中包括零位補償鏡(如Offner補償鏡、Dall補償鏡等)法，也有僅適用于二次曲面的無像差點法，以及使用計算全息圖(Computer?Generated?Holograms)的方法等。這些零位方法同樣可以實現(xiàn)較高精度的檢測，但是，由于對于任意一個非球面，都需要一個相應(yīng)的零位器件與其對應(yīng)，通用性差。同時，加工、檢測這些零位器件也是一項需要大量時間、智力和財力投入的工程。由于這些缺點，在對精度要求不是非常高的情況下，人們更傾向于用非零位檢測方法來檢測非球面，如長波長法、雙波長法、剪切法、高密度探測器法等。這些方法一定程度上實現(xiàn)了非球面的通用化檢測，可以快速給出檢測結(jié)果。

在通常的非零位非球面檢測法中，一般都套用球面的測量原理，認為探測器檢測得到的波面位相是被測非球面與參考波面偏離的2倍。然而，由于非零位方法偏離了零位條件，使檢測光束從非球面反射回來后不能沿著入射時的光路返回，造成最后檢測系統(tǒng)探測器平面上的波前畸變并不是被測非球面與參考波面偏離的2倍，而是存在誤差。通常，這些誤差隨被測非球面的口徑及相對口徑的增大而增大，同時也將隨被測非球面面形的變化而變化，并不能夠被預先確知。這樣就導致非球面的非零位檢測法的測量精度在原理上就有很大誤差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種用于校正非球面非零位檢測中的原理誤差的方法。

用于校正非球面非零位檢測中的原理誤差的方法包括如下步驟：

1)對包括被測非球面在內(nèi)的非球面非零位檢測系統(tǒng)進行建模；

2)根據(jù)被測非球面的理論面形，模擬出上述非球面非零位檢測系統(tǒng)的探測器平面上的波前；

3)將被測非球面的參數(shù)設(shè)為變量，利用光線追跡，以非零位檢測系統(tǒng)的探測器實際檢測得到的波前為目標進行優(yōu)化；

4)判斷優(yōu)化是否結(jié)束，若結(jié)束，則結(jié)束誤差校正優(yōu)化，否則繼續(xù)等待優(yōu)化結(jié)束，優(yōu)化結(jié)束的條件是由事先設(shè)定的檢測誤差所決定的。

所述對包括被測非球面在內(nèi)的非球面非零位檢測系統(tǒng)進行建模的方法為：將光學系統(tǒng)中透鏡各表面的曲率半徑、厚度、彼此的空氣間隔以及彼此相對位置和參數(shù)輸入到光線追跡軟件中。

所述根據(jù)被測非球面的理論面形，模擬出上述非球面非零位檢測系統(tǒng)的探測器平面上的波前方法為：將被測非球面的參數(shù)設(shè)置為其自身理論值，對光線在光學系統(tǒng)中進行光線追跡，得到探測器平面上的波前。

所述非球面非零位檢測系統(tǒng)為：利用與被測非球面理論值存在偏差的補償波面對被測非球面進行補償，并通過檢測補償返回波面來得到被測非球面面形的檢測系統(tǒng)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果主要體現(xiàn)在其可以實現(xiàn)非球面非零位檢測的高精度誤差補償。現(xiàn)有非球面非零位檢測方法基本上都沒有進行誤差補償，而本發(fā)明通過優(yōu)化迭代進行補償。理論上來說，本發(fā)明可以實現(xiàn)非球面非零位檢測中誤差的完全校正，是一種可以實現(xiàn)高精度的補償方法。

附圖說明

圖1是簡要表示采用本發(fā)明的非球面非零位檢測系統(tǒng)原理框圖；

圖2是表示本發(fā)明非球面非零位檢測誤差校正方法的示意圖；

圖3是表示本發(fā)明非球面非零位檢測誤差校正方法的流程圖；

圖4是本發(fā)明應(yīng)用于一基于麥克爾遜干涉儀的非球面非零位檢測系統(tǒng)的原理圖；

圖5是根據(jù)對圖4中系統(tǒng)建立的系統(tǒng)模型，由被測非球面的理論面形，模擬出的上述非球面非零位檢測系統(tǒng)的探測器平面上的波前(設(shè)為W_r)；

圖6是基于麥克爾遜干涉儀的非球面非零位檢測系統(tǒng)在探測器上實際檢測得到的波前(設(shè)為W_d)；

圖7是利用實施例中系統(tǒng)的模型，由被測非球面理論值出發(fā)，以非球面非零位檢測系統(tǒng)在探測器上實際檢測得到的波前(示于圖6)，通過實施例中的優(yōu)化方法得到的非球面的真正面形(設(shè)為ASP)。

具體實施方式

在附圖中，圖1簡要表示了采用本發(fā)明的非球面非零位檢測系統(tǒng)原理框圖。平行光經(jīng)過補償透鏡3產(chǎn)生補償波面2對被測非球面1進行補償。補償后返回的波面進入波前檢測光學系統(tǒng)4后，最終到達探測器5。