[發(fā)明專利]一種大口徑平面干涉儀旋轉(zhuǎn)平移法絕對(duì)檢驗(yàn)的裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011280227.8
• 申請(qǐng)日: 2020-11-16
• 公開（公告）號(hào): CN112525099B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁群;第五蔻蔻;高志山;郭珍艷;劉威劍;車嘯宇;謝澎飛;周俊濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/24
• 分類號(hào): G01B11/24
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 朱沉雁

本發(fā)明公開了一種大口徑平面干涉儀旋轉(zhuǎn)平移法絕對(duì)檢驗(yàn)的裝置及方法，該裝置包括碳化硅平面反射鏡及其承載機(jī)構(gòu)和平移機(jī)構(gòu)；承載機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)碳化硅平面反射鏡的360°旋轉(zhuǎn)，平移機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)碳化硅平面反射鏡及承載機(jī)構(gòu)在水平方向上的位移。采用8次旋轉(zhuǎn)加1次平移的方法對(duì)口徑在600mm至2000mm之間的平面干涉儀進(jìn)行絕對(duì)檢驗(yàn)，使得絕對(duì)檢驗(yàn)精度PV值優(yōu)于百分之一波長(zhǎng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種大口徑平面干涉儀旋轉(zhuǎn)平移法絕對(duì)檢驗(yàn)的裝置及方法。

背景技術(shù)

測(cè)量光學(xué)表面面形的方法分為相對(duì)檢驗(yàn)和絕對(duì)檢驗(yàn)。相對(duì)檢驗(yàn)，就是通過相對(duì)比較的方法來(lái)測(cè)量光學(xué)表面面形，常用的有光學(xué)干涉測(cè)量，通過兩兩平面反射的波面形成的干涉條紋來(lái)判讀平面的質(zhì)量，但是此方法受到了參考面面形精度的制約。絕對(duì)檢驗(yàn)可以實(shí)現(xiàn)面形的絕對(duì)測(cè)量，保證并提高測(cè)量的精確性。在對(duì)面形要求較高的場(chǎng)合，平面絕對(duì)檢驗(yàn)可以獲得絕對(duì)的面形結(jié)果，可以很好地將絕對(duì)檢驗(yàn)的實(shí)際數(shù)據(jù)替換參考面上假設(shè)的理想平面數(shù)據(jù)，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。

絕對(duì)檢驗(yàn)方法分為液體平面法、三平晶互檢法、兩平晶互檢法。具體的包括經(jīng)典三面互檢法、Fritz提出的Zernike多項(xiàng)式擬合法、奇偶函數(shù)法、兩平晶三面互檢法、斜入射法、旋轉(zhuǎn)平移法等。

液體平面法是將液體表面作為干涉測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)平面。理論上液體表面的曲率半徑與地球表面曲率半徑相等，在一定的口徑范圍內(nèi)可近似認(rèn)為液體表面為理想的平面，但是液面面形狀態(tài)較不穩(wěn)定，在實(shí)際測(cè)量過程中實(shí)驗(yàn)室溫度的變化、氣流、灰塵等仍然會(huì)對(duì)液面面形產(chǎn)生影響，并且僅適用于立式干涉儀所以此方法難以在生產(chǎn)中實(shí)際應(yīng)用。

經(jīng)典的三面互檢法采用兩個(gè)透射平晶A和B，一個(gè)參考平晶。測(cè)試時(shí)，三平晶兩兩一組分別置于參考面和被測(cè)面位置進(jìn)行干涉測(cè)量，其中處于參考面的透射平晶A與B分別與參考平晶進(jìn)行一次干涉測(cè)量，透射平晶A、B沿x軸翻轉(zhuǎn)180后再與參考平晶進(jìn)行一次測(cè)量，可求得軸線上的面形分布。在此基礎(chǔ)上增加一次透射平晶或參考平晶的旋轉(zhuǎn)，就可多得一條軸線上的面形分布。以此類推，旋轉(zhuǎn)n次就能求得n條直徑上的輪廓誤差。要得到整個(gè)面的面形，則需進(jìn)行多次旋轉(zhuǎn)測(cè)量，獲得全角度軸線上的面形分布。

為獲得整個(gè)面的面形，在經(jīng)典三面互檢法的基礎(chǔ)上，F(xiàn)ritz提出用Zernike多項(xiàng)式對(duì)波面進(jìn)行表征，并增加一次透射平晶的旋轉(zhuǎn)測(cè)量。由于Zernike多項(xiàng)式各項(xiàng)與像差相對(duì)應(yīng)的特性，常被作為基底函數(shù)對(duì)干涉測(cè)試波面進(jìn)行擬合。擬合采用的Zernike多項(xiàng)式項(xiàng)數(shù)越多，波面擬合結(jié)果越精確。但是采用Zernike多項(xiàng)式擬合波面會(huì)丟失面形中的中高頻信息，面形恢復(fù)結(jié)果存在誤差。

奇偶函數(shù)法同樣需要兩個(gè)透射平晶，一個(gè)參考平晶。測(cè)試時(shí)，參考平晶分別旋轉(zhuǎn)45°，90°，180°，依次進(jìn)行0°，45°，90°，180°方向上的四次測(cè)量。將多次測(cè)量結(jié)果分解為奇奇、奇偶、偶奇、偶偶函數(shù)的組合，其中奇奇函數(shù)在極坐標(biāo)系下又可分解為無(wú)窮項(xiàng)不同基頻正弦函數(shù)的組合，通常取前兩項(xiàng)。而后通過翻轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)分別求解平面面形的分量。分解奇奇函數(shù)并取有限項(xiàng)會(huì)不可避免地丟失中高頻成分，影響面形恢復(fù)結(jié)果。

兩平晶三面互檢法相比經(jīng)典三面互檢法需要一個(gè)參考平晶和一個(gè)透射平晶。測(cè)量時(shí)參考平晶置于干涉儀參考位置，分別與透射平晶的前表面、后表面、沿y軸翻轉(zhuǎn)后的后表面以及繞z軸旋轉(zhuǎn)一定角度后的后表面進(jìn)行四次干涉測(cè)量。測(cè)量過程中，參考平晶始終沒有移動(dòng)過，改善了三平晶絕對(duì)檢驗(yàn)中需要反復(fù)更換參考鏡的問題。

斜入射絕對(duì)檢驗(yàn)面向口徑大于干涉儀的鏡面，需要干涉儀自己的參考平晶和透射平晶，同樣采用Zernike多項(xiàng)式擬合波面。首先測(cè)得參考平晶和透射平晶的面形數(shù)據(jù)，然后將待測(cè)平面鏡傾斜插入光路進(jìn)行干涉測(cè)量，接著將參考平晶旋轉(zhuǎn)54°或?qū)⒋郎y(cè)平面鏡旋轉(zhuǎn)54°，進(jìn)行第三次測(cè)量，然后求解面形。