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专利名称：在球面面形干涉检测中高精度消除离焦误差及倾斜误差的方法
技术领域：
本发明涉及光学元件的干涉测量技术领域，特别是一种在球面面形干涉检测中高 精度消除离焦误差及倾斜误差的方法。
背景技术：
随着光学成像技术的发展，光学球面面形的检测精度需求也越来越高。球面干涉 检测技术可以快速实现球面光学元件高精度的检测，为此球面面形的干涉检测技术被不断 改进并得到广泛应用。在实际的干涉测试中通过调整机构实现被检球面处以零位检测的 位置，但实际的机构不理想使得测试结果中总会包含离焦误差以及倾斜误差等装调误差。 为此人们提出了去除面形测试结果中的对应常数项、离焦项和倾斜项以实现装调误差的去 除，该方法的基本步骤是对测试结果数据进行Zernike拟合，根据系数意义和Zernike多项 式拟合性质以去除对应装调误差。这种传统的方法简单方便，在被检面的F/#较大以及精 度要求不高的情况下可以很好的满足人们的需求。但随着被检面F/#的变小以及精度要求 的提高，传统的方式不能高精度的去除离焦误差带来的影响。目前尚无合适的在球面面形 检测中高精度去离焦等装调误差的方法。

发明内容
本发明的目的是针对上述方法的不足，提供一种在球面面形干涉检测中高精度消 除离焦误差及倾斜误差的方法。在球面面形干涉检测中高精度消除离焦误差及倾斜误差的方法包括以下步骤1)利用干涉仪测得待测球面的面形数据W(x，y)，确定球面的被检区域；2)通过白光干涉法测得待测球面的曲率半径R ；3)测出待测球面的口径并结合干涉仪标准面的F数得到待测球面被检区域任一 点(X，Y)所对应孔径角α，其中最大孔径角为Qmax ；4)对步骤1)中测得待测球面的面形数据W(x，y)进行36项泽尼克多项式拟合得 到常数项系数Zp Y方向倾斜项系数ζ” X方向倾斜项系数Z2和离焦项系数z3，消除待测球 面的面形数据w(x，y)中的倾斜项和常数项得到面形数据W1Ud)；5)利用离焦项系数Z3和被检区域的孔径角α max得到待检球面测试中离焦量的估6)由离焦量δ和被检面孔径角α，得到待检球面被检区域任一点(X，y)在测试 过程中由离焦引入的光程差OPD = δ · (l-cosa)；7)消除步骤4)得到的待测球面波面数据W1Oc, y)中由于面形测试过程中因离焦 引入光程差0PD，得到初次去除离焦后待测球面波面数据W2 (X，y) = W1 (x, y)-0PD ；8)对待测球面波面数据W2 (X，y)进行36项泽尼克多项式拟合，得到
W2 (x, y) = Z' o+Z' j+1' 2x+Z' 3[2 (x2+y2) _1]+Z‘ 4(y2-x2) +. 消除常数项系数Zc/、￥方向倾斜项系数Z/、X方向倾斜系数Z2'和离焦项系数 Z3'，得到待测球面的面形数据W3(X，y) =Z' 4(y2-x2)+......所述的通过白光干涉法测得待测球面的曲率半径R步骤为利用光源为白光扩展光源且带有补偿板的迈克尔逊干涉仪的白光干涉零级暗条 纹定位，移动迈克尔逊干涉仪的参考平面，测出平面与球面两次相交圆的半径Α和r2及两 位置球面矢高之差的值D，被检面的曲率半径R为
权利要求
一种在球面面形干涉检测中高精度消除离焦误差及倾斜误差的方法，其特征在于包括以下步骤1)利用干涉仪测得待测球面的面形数据W(x，y)，确定球面的被检区域；2)通过白光干涉法测得待测球面的曲率半径R；3)测出待测球面的口径并结合干涉仪标准面的F数得到待测球面被检区域任一点(x，y)所对应的孔径角α，其中最大孔径角为αmax；4)对步骤1)中测得待测球面的面形数据W(x，y)进行36项泽尼克多项式拟合，得到常数项系数Z0、Y方向倾斜项系数Z1、X方向倾斜项系数Z2和离焦项系数Z3，消除待测球面的面形数据W(x，y)中的倾斜项和常数项得到面形数据W1(x，y)；5)利用离焦项系数Z3和被检区域的孔径角αmax得到待检球面测试中离焦量的估计值 6)由离焦量δ和被检面孔径角α，得到待检球面被检区域任一点(x，y)在测试过程中由离焦引入的光程差OPD＝δ·(1 cosα)；7)消除步骤4)中得到的待测球面波面数据W1(x，y)中由于面形测试过程中因离焦引入光程差OPD，得到初次去除离焦后待测球面波面数据W2(x，y)＝W1(x，y) OPD；8)对待测球面波面数据W2(x，y)采用36项泽尼克多项式拟合，得到W2(x，y)＝Z′0+Z′1y+Z′2x+Z′3[2(x2+y2) 1]+Z′4(y2 x2)+......消除常数项系数Z0′、Y方向倾斜项系数Z1′、X方向倾斜项系数Z2′和离焦项系数Z3′，得到待测球面的面形数据W3(x，y)＝Z′4(y2 x2)+......FSA00000186301600011.tif
2.根据权利要求1所述的一种在球面面形干涉检测中高精度消除离焦误差及倾斜误 差的方法，其特征在于所述的通过白光干涉法测得待测球面的曲率半径R步骤为利用光源为白光扩展光源且带有补偿板的迈克尔逊干涉仪的白光干涉零级暗条纹定 位，移动迈克尔逊干涉仪的参考平面，测出平面与球面两次相交圆的半径和r2及两位置 球面矢高之差的值D，被检面的曲率半径R为
3.根据权利要求1所述的一种在球面面形干涉检测中高精度消除离焦误差及倾斜误 差的方法，其特征在于所述的测出待测球面口径并结合干涉仪标准面F数得到待测球面被 检区域任一点(x，y)所对应孔径角α其中最大孔径角为步骤为1)测出被检球面的口径φ; 2)被检面孔径角
4.根据权利要求1所述的一种在球面面形干涉检测中高精度消除离焦误差及倾斜误 差的方法，其特征在于所述的对步骤1)中测得待测球面面形数据W(x，y)进行36项泽尼 克多项式拟合得到常数项系数ZpY方向倾斜项系数Z”X方向倾斜项系数Z2和离焦项系数 Z3，消除待测球面的面形数据W(x，y)中的倾斜项和常数项得到面形数据W1(^y)步骤为 W(x,y) = Ζ0+ΖιΥ+Ζ2χ+Ζ3 [2 (x2+y2) "U+Z4 (y2-x2) +......式中的A、Z1和Z2分别代表所得面形的常数项与倾斜项，将上式中系数Zp Z1和Z2置 零得到去除常数项和倾斜项的面形数据W1 (x, y) = Z3 [2 (x2+y2) "U+Z4 (y2-x2) +.......
全文摘要
本发明公开了一种在球面面形干涉检测中高精度消除离焦误差及倾斜误差的方法。首先通过干涉仪获得包含离焦、倾斜的波面数据，并测量待测球面曲率半径和口径作为去除倾斜、离焦的辅助数据。在待测球面半径的测试中使用白光干涉的方法保证了测量的精度。而后利用波面拟合对应项系数和倾斜误差、离焦误差的关系，以及离焦量和光程差的精确关系分步去除波面数据中常数项、倾斜误差和离焦误差，最后去除常数项、倾斜误差和离焦误差的残差以得到高精度的面形数据。本发明通过对球面干涉检测，特别是小F/#被检面的研究，提供了一种光学元件球面面形检测中消除离焦和倾斜影响的新方法，对高质量光学元件的检测与加工具有重要的应用价值。
文档编号G01B11/24GK101986097SQ20101022488
公开日2011年3月16日 申请日期2010年7月9日 优先权日2010年7月9日
发明者侯溪, 汪凯巍, 沈亦兵, 王东升, 许嘉俊 申请人:浙江大学;中国科学院光电技术研究所