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专利名称：：非零位补偿浅度光学非球面面形检测方法
技术领域：
：本发明涉及一种检测光学非球面面形的方法，特别涉及一种非零位补偿浅度光学非球面面形检测方法。
背景技术：
：当前，检测非球面元件的方法有很多种，主要分为接触式测量、阴影法、激光扫描法、干涉法等。接触式测量主要借助轮廓仪或者三坐标测量仪通过对光学元件进行多个离散点的测量，然后经过数据处理，拟合得到面形误差。该方法主要用于光学元件研磨和粗抛光阶段的检测，而且测头与元件的接触可能会给表面带来一定的划痕。阴影法主要分为刀口法和哈特曼法(光阑法)，该方法主要观察阴影分布的图形和阴影图的明暗对比。这种方法设备简单，对于某些二次曲面测量方便，适于现场检验。但存在主观、定量困难、灵敏度欠高等缺点。只能定性地检测出非球面的面形，即使能够定量的检测出非球面形，也仅仅适合于中、低精度非球面镜，或仅作为研磨工序的中间检验。激光扫描法可分平移法、旋转法，以及平移旋转法，这是一种利用光的直线性进行面形检测的方法，通过用激光束对被测面进行逐点测量可计算出非球面的面形参数。它通用性强，可以测量各种非球面，而且是对被测面进行绝对测量，精度高，缺点是相应的数据处理比较复杂。干涉法是一种短时间检测非球面的方法，由于它具有高分辨、高精度、高灵敏度、重复性好等优点，因此该技术已成为测量光学面形的主要手段。但是对于非球面元件，一般都需要专门设计和定做补偿器或借助计算全息图(CGH)等辅助元件，通过零位补偿才能对其进行干涉测量，这不仅提高了成本、延长了工期，而且辅助元件将会引入一定的制造误差和装调误差。
发明内容本发明要解决的技术问题是提供一种适用于非球面度为10微米以内的光学非球面的非零位补偿检测方法，该方法无需零位补偿就能够直接实现对浅度非球面的测量，测量精度高、测量时间短、测试成本低。为了解决上述技术问题，本发明的非零位补偿浅度光学非球面面形检测方法包括如下步骤一、将待测非球面的直径D、二次曲面常数K、非球面顶点曲率半径Rtl代入非球面方程求出非球面边缘的矢高h:h=-(HK)(DIl)2——+Α{Β,2γ+Α{Β,2γ+Α{Β,2γ+Λ.\+[\-(K+\)(\lRq)2(Dllff2123其中A1,A2,A3,...为非球面变形系数；二、利用公式r=D2/(8h)+h/2计算与待测非球面最接近的球面的半径r；三、计算z(X，y)-S(X，y，r)的值；其中z(x，y)为非球面沿光轴方向的矢高分布，权利要求一种非零位补偿浅度光学非球面面形检测方法，其特征在于包括如下步骤一、将待测非球面的直径D、二次曲面常数K、非球面顶点曲率半径R0代入非球面方程求出非球面边缘的矢高h<mrow><mi>h</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>/</mo><msub><mi>R</mi><mn>0</mn></msub><mo>)</mo></mrow><msup><mrow><mo>(</mo><mi>D</mi><mo>/</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow><mn>2</mn></msup></mrow><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><msup><mrow><mo>[</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mi>K</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><msup><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>/</mo><msub><mi>R</mi><mn>0</mn></msub><mo>)</mo></mrow><mn>2</mn></msup><msup><mrow><mo>(</mo><mi>D</mi><mo>/</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>]</mo></mrow><mrow><mn>1</mn><mo>/</mo><mn>2</mn></mrow></msup></mrow></mfrac><mo>+</mo><msub><mi>A</mi><mn>1</mn></msub><msup><mrow><mo>(</mo><mi>D</mi><mo>/</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow><mn>4</mn></msup><mo>+</mo><msub><mi>A</mi><mn>2</mn></msub><msup><mrow><mo>(</mo><mi>D</mi><mo>/</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow><mn>6</mn></msup><mo>+</mo><msub><mi>A</mi><mn>3</mn></msub><msup><mrow><mo>(</mo><mi>D</mi><mo>/</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow><mn>8</mn></msup><mo>+</mo><mi>&Lambda;</mi></mrow>其中A1，A2，A3，...为非球面变形系数；二、利用公式r＝D2/(8h)+h/2计算与待测非球面最接近的球面的半径r；三、计算z(x，y)s(x，y，r)的值；其中z(x，y)为非球面沿光轴方向的矢高分布，S2＝x2+y2；c为非球面的近轴曲率c＝1/R0；s(x，y，r)为与待测非球面最接近的球面沿光轴方向的矢高分布，四、利用透射球将干涉仪出射的平行光转变为标准球面波并将其作为参考球面波；五、调整待测非球面的位置，使得与待测非球面最接近的球面的圆心与参考球面波汇聚的焦点重合；六、利用干涉仪检测经过待测非球面表面反射的光波与参考球面波形成的干涉条纹的相位分布数据w(x，y)；七、从干涉条纹的相位分布数据w(x，y)中剔除z(x，y)s(x，y，r)的值，再根据式(5)，利用最小二乘拟合计算调整定位误差系数，然后去除调整定位误差ε(x，y)，得到非球面的面形误差分布e(x，y)；e(x，y)＝w(x，y)[z(x，y)s(x，y，r)]ε(x，y)ε(x，y)＝ax+by+c(x2+y2)+d<mrow><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><mi>a</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>b</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>c</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>d</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>=</mo><msup><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><mi>&Sigma;xx</mi></mtd><mtd><mi>&Sigma;xy</mi></mtd><mtd><mi>&Sigma;x</mi><mrow><mo>(</mo><msup><mi>x</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mi>y</mi><mn>2</mn></msup><mo>)</mo></mrow></mtd><mtd><mi>&Sigma;x</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>&Sigma;yx</mi></mtd><mtd><mi>&Sigma;yy</mi></mtd><mtd><mi>&Sigma;y</mi><mrow><mo>(</mo><msup><mi>x</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mi>y</mi><mn>2</mn></msup><mo>)</mo></mrow></mtd><mtd><mi>&Sigma;y</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>&Sigma;</mi><mrow><mo>(</mo><msup><mi>x</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mi>y</mi><mn>2</mn></msup><mo>)</mo></mrow><mi>x</mi></mtd><mtd><mi>&Sigma;</mi><mrow><mo>(</mo><msup><mi>x</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mi>y</mi><mn>2</mn></msup><mo>)</mo></mrow><mi>y</mi></mtd><mtd><mi>&Sigma;</mi><msup><mrow><mo>(</mo><msup><mi>x</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mi>y</mi><mn>2</mn></msup><mo>)</mo></mrow><mn>2</mn></msup></mtd><mtd><mi>&Sigma;</mi><mrow><mo>(</mo><msup><mi>x</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mi>y</mi><mn>2</mn></msup><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>&Sigma;x</mi></mtd><mtd><mi>&Sigma;y</mi></mtd><mtd><mi>&Sigma;</mi><mrow><mo>(</mo><msup><mi>x</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mi>y</mi><mn>2</mn></msup><mo>)</mo></mrow></mtd><mtd><mi>n</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><mi>&Sigma;x</mi><mrow><mo>(</mo><mi>w</mi><mo>-</mo><mi>z</mi><mo>+</mo><mi>s</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>&Sigma;y</mi><mrow><mo>(</mo><mi>w</mi><mo>-</mo><mi>z</mi><mo>+</mo><mi>s</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>&Sigma;</mi><mrow><mo>(</mo><msup><mi>x</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mi>y</mi><mn>2</mn></msup><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><mi>w</mi><mo>-</mo><mi>z</mi><mo>+</mo><mi>s</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><mo>(</mo><mi>w</mi><mo>-</mo><mi>z</mi><mo>+</mo><mi>s</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>5</mn><mo>)</mo></mrow><mo>.</mo></mrow>FDA0000025755760000012.tif,FDA0000025755760000013.tif1.一种非零位补偿浅度光学非球面面形检测方法，其特征在于包括如下步骤一、将待测非球面的直径D、二次曲面常数K、非球面顶点曲率半径Rtl代入非球面方程求出非球面边缘的矢高h:全文摘要本发明涉及一种非零位补偿浅度光学非球面面形检测方法，该方法包括如下步骤计算z(x，y)-s(x，y，r)的值，其中z(x，y)为非球面沿光轴方向的矢高分布，s(x，y，r)为与待测非球面最接近的球面沿光轴方向的矢高分布；利用透射球将干涉仪出射的平行光转变为标准球面波并将其作为参考球面波；调整待测非球面的位置，使得与待测非球面最接近的球面的圆心与参考球面波汇聚的焦点重合；利用干涉仪检测经过待测非球面表面反射的光波与参考球面波形成的干涉条纹的相位分布数据；从干涉条纹的相位分布数据中剔除z(x，y)-s(x，y，r)的值及调整定位误差ε(x，y)，得到非球面的面形误差分布e(x，y)；本发明能够高分辨、高精度的实现对大口径凹形、凸形浅度非球面面形的检测，检测成本低，测试时间短。文档编号G01B11/24GK101949691SQ20101027373公开日2011年1月19日申请日期2010年9月7日优先权日2010年9月7日发明者张学军,王孝坤,郑立功申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所