[发明专利]球面面形检测中待测球面倾斜偏移高阶调整误差校正方法

说明书

技术领域

本发明属于光学干涉精密检测技术领域，特别涉及在大数值孔径光学球面面形干涉检测中待测球面倾斜偏移高阶调整误差的高精度校正方法。

背景技术

球面光学元件具有具有加工成本低、效率高以及易于实现高精度等诸多优点,是目前应用最广泛的光学元件。高精度光学球面加工离不开高精度的球面检测技术，高精度球面检测技术是提高球面加工技术的关键。在高精度球面面形干涉检测中，测量误差包括参考球面面形误差、环境扰动等，同时待测球面的调整误差也会对高精度的球面面形干涉检测结果产生影响。对待测球面调整误差校正的传统方法是通过对所测得原始面形数据进行泽尼克多项式拟合，消除对应的常数项、倾斜项、离焦项实现的。这种方法算法简单易于实现，但是忽略了调整误差所引入的高阶像差对面形检测结果的影响，因而测量对象局限于数值孔径较小的球面镜。2012年，王道档对待测球面由于波前离焦所引入的调整误差进行了高阶近似，由于波前离焦所引入的高阶调整误差，除了离焦项Z₃外，还会引入主球差项Z₁₀、二阶球差项Z₂₁和三阶球差项Z₃₆，通过对所测得的原始面形数据进行37项泽尼克多项式拟合，消除对应的常数项、倾斜项和高阶离焦项实现对待测球面调整误差的校正，但该方法忽略了待测球面由于倾斜偏移的高阶调整误差的影响。随着待测球面数值孔径的增大和对球面面形检测精度的提高，可在球面面形干涉检测中通过消除待测球面由于倾斜偏移所引入的高阶调整误差，从而实现对大数值孔径球面面形的高精度检测。

发明内容

本发明的目的是针对现有传统的待测球面调整误差校正方法难以满足高精度球面面形干涉检测的应用要求，提供一种大数值孔径光学球面面形干涉检测中待测球面倾斜偏移高阶调整误差的高精度校正方法。

球面面形干涉检测中待测球面倾斜偏移高阶调整误差的高精度校正方法的步骤如下：

1)利用干涉仪测量得到数值孔径为NA的待测球面的一组原始面形数据W(ρ,θ)，其中(ρ,θ)为待测球面上的归一化极坐标；

2)对步骤1）得到的原始面形数据W(ρ,θ)进行37项泽尼克多项式拟合，那么原始面形数据W(ρ,θ)可表示为：

W(ρ,θ)=Σi=036aiZi(ρ,θ)]]>

由此可以得到对应的各项拟合系数a_i(i=0,…,36)，其中：

a₀=-4s

a₁=2R·tanβ·NA

a₂=2R·tanβ·NA

a₃=s(NA²/2+NA⁴/8+9NA⁶/160+NA⁸/32)

式中，a₀为常数项系数、a₁为x方向倾斜项系数、a₂为y方向倾斜项系数、a₃为离焦项系数；s为待测球面曲率中心相对于参考球面波中心的轴向偏移量，R为待测球面的曲率半径，β为待测球面曲率中心相对于光轴z的倾斜偏移量，NA为待测球面的数值孔径；其中，泽尼克多项式常数项为Z₀=1，x方向倾斜项为Z₁=ρcosθ，y方向倾斜项为Z₂=ρsinθ，离焦项为Z₃=2ρ²-1；