[发明专利]非球面非零位干涉检测中部分补偿透镜对准方法

说明书

本申请为申请号为201210054455.2，申请日为2012年3月2日，发明名称为非球面非零位干涉检测中部分补偿透镜对准装置与方法的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种非球面非零位干涉检测中部分补偿透镜对准方法。

背景技术

在非球面非零位干涉检测中，部分补偿透镜承担着补偿一定范围内非球面的纵向法线像差，降低系统像面处返回波前斜率，进而使干涉条纹可以被探测器分辨的作用，是整个非零位干涉系统的核心组成部分。为了减小系统误差，原理上要求部分补偿透镜与非零位干涉仪正确对准（包括倾斜和偏心），即其在实际系统中的位置应该与理论模型中的位置完全相同。如果其存在对准误差，将会向检测结果中引入大量的像散、慧差等像差，严重整个系统的检测精度。可以说，部分补偿透镜精确对准是整个非零位干涉仪实现高精度检测的重要前提。

从在整个系统中承担的作用来看，非球面非零位干涉仪中的部分补偿透镜类同于球面零位干涉仪（如Fizeau干涉仪）中消球差透镜和非球面零位干涉仪中零位补偿器（如计算全息图）。在传统的球面零位干涉检测中，由于消球差透镜中的最后一面为标准参考面，因此，可以利用其自准直反射实现与干涉仪系统的高精度对准。而在非球面零位干涉仪中，则可以通过设计与主全息图匹配的对准全息图来实现补偿器的精确对准。虽然以上两种对准方案简单方便且均已在各自领域得到成功应用，但无法直接应用在非球面非零位干涉检测中部分补偿透镜的对准。原因在于此处的部分补偿透镜既不存在一个标准参考面，也无法与辅助对准全息图配合。

尽管可以利用辅助透镜组与部分补偿透镜组合为消球差透镜组，进而利用该消球差透镜组的最后一面进行自准直对准（杨甬英等，“非球面非零检测中非零补偿镜精密干涉定位调整装置及方法”，中国专利，公开号CN101592478A，公开日期2009.12.02）。但该方法需要额外的针对某一特定部分补偿透镜的配合镜组，这会增加系统设计、加工、装调等诸多环节的成本。因此，需要较为简单的装置和方法实现非零位干涉系统中部分补偿透镜的精确对准。

发明内容

本发明的目的在于为非球面非零位干涉检测中部分补偿透镜倾斜和偏心，提供一种操作简单且精确对准方法。

非球面非零位干涉检测中部分补偿透镜偏心对准方法的步骤如下：

1)根据非球面非零位干涉检测中部分补偿透镜偏心对准装置的部分补偿透镜(S5)、对准球面(S9)的口径、曲率半径、折射率和厚度，采用Zemax光学设计软件建立干涉系统理论模型，得到清晰可辨干涉图时对准球面(S9)在光轴上的位置；

2)在理论模型中，等间隔改变部分补偿透镜(S5)的x轴偏心量D_x并追迹光线，根据最小二乘法，利用Zernike多项式拟合像面波前x轴慧差系数C_x，得到部分补偿透镜(S5)的x轴偏心量D_x与像面波前x轴慧差系数C_x关系曲线，拟合得到线性方程C_x＝k·D_x，k为斜率；利用光学系统的旋转对称性质，得到部分补偿透镜(S5)的y轴偏心量D_y与像面波前y轴慧差系数C_y关系方程C_y＝k·D_y；

3)沿x轴和y轴方向上粗略平移部分补偿透镜(S5)；

4)调整对准球面(S9)使接收到清晰可辨的干涉图，此时干涉图中存在大的慧差；

5)利用探测器采集多帧相移干涉图，利用多步相移算法解调干涉图，得到解调位相W_det；

6)根据最小二乘法，利用Zernike多项式拟合解调位相W_det，得W_det＝ΣA_iZ_i,i＝1,2,…,37，式中，A_i和Z_i分别为第i项拟合系数和第i项Zernike多项式，得到像面的x轴,y轴慧差系数分别为A₇,A₈，记C_x＝A₇，C_y＝A₈；