[发明专利]一种光学元件面形误差的高精度测试装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学测试技术领域，具体涉及一种光学元件面形误差的高精度测试方法。

背景技术

对光学元件面形误差的精密检测通常使用干涉测量的方法，长时间使用干涉仪进行测量需要对干涉仪的测量误差进行校准，而对干涉仪的校准操作十分繁琐而且价格昂贵，对测试环境的要求也十分高。应用相位复原的方法对光学元件面形进行检测正在被广泛的开展研究。Augustus J.E.M Janssen将Nijboer-Zernike理论进行了扩展，得到了Extended Nijboer-Zernike(ENZ)理论，使之能够应用于离焦情况下的光学点扩散函数的计算。Joseph J.M.Braat，PeterDirksen，Augustus J.E.M Janssen，Arthur S.van de Nes考虑了偏振和高数值孔径情况下Extended Nijboer-Zernike的计算。利用这种Extended Nijboer-Zernike(ENZ)理论进行相位复原具有很高的精度。同时根据点衍射干涉仪的原理，当单色光光束照明极小的小孔时，可以衍射产生理想的球面波，这样就为利用相位复原的方法测试光学元件的面形误差提供了基础。

发明内容

本发明提供了一种对光学元件面形误差的高精度测试装置及方法。该装置成本低廉，能够快速简便的进行测量和对自身的测量误差进行校准，测量精度高，对测量环境的要求相对宽松。

一种光学元件面形误差的高精度测试装置，该装置包括探测装置、照明系统、可转动的小孔板和待测光学元件；所述可转动的小孔板上设置有小孔、中心孔和方孔；可转动的小孔板以中心孔为圆心转动；小孔到中心孔的距离与方孔到中心孔的距离相等，所述中心孔的直径分别为其中NA为待测光学元件的数值孔径；λ为照明系统发出光束的波长；照明系统发出的光束经过可转动的小孔板的中心孔后产生理想测试光束，光束经过被测光学元件反射会聚后，穿过可转动的小孔板上的小孔或者方孔后，被探测装置采集。

一种光学元件面形误差的高精度测试方法，该方法由以下步骤实现：

步骤一、将探测装置对准可转动的小孔板上的小孔，照明系统发出的光束经过可转动的小孔板中的中心孔后产生理想测试光束，光束经过待测光学元件反射会聚后，穿过可转动的小孔板上的小孔，被探测装置采集；通过前后移动探测装置中的精密轴向微调导轨，获得由小孔衍射的不同离焦星点图像；

步骤二、计算探测装置的光学波前误差；

步骤三、将步骤一所述的探测装置对准可转动的小孔板的方孔，照明系统发出的光束经过可转动的小孔板的中心孔后产生理想测试光束，光束经过被测光学元件反射会聚后，穿过可转动的小孔板上的方孔，被探测装置采集；通过前后移动精密轴向微调导轨，获得待测光学元件不同的离焦星点图像；

步骤四、计算探测装置和待测光学元件的光学波前误差，然后将所述光学波前误差减去所述步骤二所述探测装置的光学波前误差，获得所测光学元件的面形误差。

本发明的有益效果：本发明采用小孔衍射产生的球面波校准了装置自身的误差，能够准确的测试待测光学元件的面形误差。同时由于需要采集的是待测光学元件的星点图像，测试过程中对振动空气扰动的要求较低。本发明所述的装置和方法将相位复原方法和点衍射干涉仪的原理融合在一起。测试装置和方法具有两部分功能，既能够对光学元件的面形误差进行测试，又能对利用相位复原方法测试的装置进行校准。测试和校准过程简单快捷，成本低廉。

附图说明

图1为本发明所述一种光学元件面形的高精度测试装置的整体示意图；

图2为本发明所述一种光学元件面形的高精度测试装置的小孔板示意图；

图3为本发明所述一种光学元件面形的高精度测试装置的探测装置示意图；

图4为本发明所述一种光学元件面形的高精度测试装置的照明装置与小孔板位置示意图。

图中：1、探测装置，2、照明系统，3、可转动的小孔板，4、待测光学元件，5、小孔，6、中心孔，7、方孔，8、显微物镜。9、精密轴向微调导轨，10、适配镜头，11、CCD探测器，12、精密五维调整机构，13、偏振分光棱镜，14、第一二分之一波片，15、第二二分之一波片，16、光度计，17照明物镜。

具体实施方式