[發明專利]大口徑凸非球面光學元件的面形精度檢測裝置及檢測方法

在審

• 申請號: 202011261854.7
• 申請日: 2020-11-12
• 公開（公告）號: CN112461156A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 王孝坤;蔡志華;張學軍;胡海翔;羅霄
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B9/02
• 代理公司: 長春中科長光知識產權代理事務所(普通合伙) 22218
• 代理人: 高一明;郭婷

本發明提供一種大口徑凸非球面光學元件的面形精度檢測裝置及檢測方法，其中的方法包括如下：S1、選擇球面標準鏡，設計Hindle?Shell補償器；S2、將Hindle?Shell補償器放在球面標準鏡與球面反射鏡之間，調節球面反射鏡與Hindle?Shell補償器的位置，直至干涉儀的干涉條紋為零條紋，記錄為第一檢測結果，第一檢測結果包括Hindle?Shell補償器的系統誤差；S3、將球面反射鏡替換為被測光學元件，并調節被測光學元件的位置，直至干涉儀的干涉條紋最稀疏或為零條紋，記錄為第二檢測結果，第二檢測結果包括被測光學元件的面形信息和Hindle?Shell補償器的系統誤差；S4、將第二檢測結果與第一檢測結果相減，獲得被測光學元件的面形信息。本發明能夠有效降低檢測過程中誤差的傳遞和積累，提高檢測精度和檢測效率。

技術領域

本發明涉及光學元件檢測技術領域，特別涉及一種大口徑凸非球面光學元件的面形精度檢測裝置及檢測方法。

背景技術

由于非球面元件可以在不增加獨立像差的情況下，降低光學系統的復雜程度，提高光學系統的成像質量。因此，隨著光學加工和檢測技術的發展，光學系統中越來越多的采用非球面光學元件，對非球面光學元件面形精度要求也越來越高，口徑越來越大。相比于凹非球面光學元件，大口徑凸非球面光學元件的檢測更加困難。例如，大口徑凸非球面檢測方法中的輪廓檢測法檢測精度較低，只適用于研磨階段；Hindle-Sphere檢測法在檢測大口徑凸非球面光學元件的面形時需要制作大的參考球面，光學元件的鏡面需要鍍高反射膜，且無法對軸上非球面的中心遮攔位置進行測量，Hindle-Sphere檢測法也只適用于檢測二次曲面；Null-lens補償法檢測精度高但制作難度大，Null-lens補償器的參考面為非球面，需要制作新補償器以用來檢測Null-lens補償器的參考面，因此難以制作大口徑的Null-lens補償器；CGH補償法在理論上可以用來產生任意形狀的波前，但受限于現有光刻技術，難以制作大口徑高刻畫密度的CGH；子孔徑拼接法是將大口徑凸非球面光學元件分為多個小的光學區域分別檢測，最終再拼接在一起，從而實現大口徑凸非球面光學元件的面形檢測。但是，當凸非球面口徑和非球面偏離量增大時，需要設計的子孔徑數量較多，會造成誤差的積累，降低檢測精度。

發明內容

針對現有的大口徑凸非球面檢測方法精度低、補償器制作復雜的問題，本發明提出一種大口徑凸非球面光學元件的面形精度檢測裝置及檢測方法，通過設計單個Hindle-Shell補償器檢測大口徑凸非球面光學元件的全口徑面形，能夠有效降低檢測過程中誤差的傳遞和積累，提高大口徑凸非球面光學元件的檢測精度和檢測效率。

為實現上述目的，本發明采用以下具體技術方案：

本發明提供一種大口徑凸非球面光學元件的面形精度檢測裝置，包括干涉儀和沿干涉儀的光束出射方向依次設置的球面標準鏡和Hindle-Shell補償器，Hindle-Shell補償器的口徑大于被測光學元件的口徑，Hindle-Shell補償器的前表面為凸面、后表面為凹球面；干涉儀發出的光束經過球面標準鏡轉換為球面波后入射到Hindle-Shell補償器，通過Hindle-Shell補償器變為與被測光學元件的面形相匹配的波前后入射到被測光學元件，在被測光學元件與Hindle-Shell補償器之間進行二次反射后，回到干涉儀形成包含被測光學元件的面形信息的干涉條紋。

優選地，大口徑凸非球面光學元件的面形精度檢測裝置還包括Hindle-Shell補償器凹面一側的球面反射鏡，在檢測被測光學元件的面形精度之前，先將被測光學元件替換為球面反射鏡，通過Hindle-Shell補償器的球面波入射到球面反射鏡，調節Hindle-Shell補償器和球面反射鏡的位置，直至干涉儀的干涉條紋為零條紋，再將球面反射鏡替換為被測光學元件。

優選地，在將球面反射鏡替換為被測光學元件后，調節被測光學元件的位置，至干涉儀的干涉條紋最稀疏或為零條紋。