[发明专利]基于零位补偿光学系统检测非球面镜面形的方法

摘要

基于零位补偿光学系统检测非球面镜面形的方法属于光学干涉测量技术领域，该方法通过在零位补偿光学系统中引入透射球面波镜头，尽量减少补偿镜和检测误差源数量。同时，将透射球面波镜头的出射面设计为参考面，使透射球面波镜头所有元件均属于共光路部分，大幅降低透射球面波镜头的设计、加工和装配难度。本发明将被检非球面镜面形分为旋转对称部分和非旋转对称部分分别设计标定方案，以提高非球面镜面形检测精度。利用旋转检测法精确标定被检非球面镜的非旋转对称面形，通过高精度标定透射球面波镜头和零位补偿单镜的波前误差和光学参量，引入理想透镜模型，同时利用几何光线追迹计算系统误差的旋转对称项，最终精确获得被检非球面镜面形误差。

主权项

基于零位补偿光学系统检测非球面镜面形的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤一：设计透射球面波镜头的波前误差、加工装配公差、有效口径、数值孔径、后截距和系统总长，使干涉仪平面波前转换为球面波前；将透射球面波镜头出射面设计为干涉腔参考面；此时，透射球面波镜头所有元件均在干涉腔以外，属于共光路部分；除了出射面以外，透射球面波镜头元件表面均需镀干涉仪工作波长下的增透膜，出射面则保留4％反射率；步骤二：设计补偿单镜的波前误差、加工装配公差、有效口径和前后间距，使透射球面波镜头出射的球面波前转换为与非球面镜轮廓一致的非球面波前；步骤三：精确标定透射球面波镜头的参考面误差、补偿单镜面形，同时高精度测量透射球面波镜头和补偿单镜的后截距、曲率半径、中心厚度、折射率和材料均匀性；实时监测步骤一和步骤二中的干涉腔环境参量，和评估干涉腔空气折射率和干涉仪激光波长；步骤四：完成透射球面波镜头和补偿单镜的设计和标定之后，将干涉仪、透射球面波镜头、补偿单镜和被检非球面镜进行集成和装配，实现所有光学分系统的光轴精确重合，并将上述光学分系统之间的空气间隔调整至光学设计值；步骤五：利用步骤三的标定结果，结合光学设计软件的几何光线追迹功能计算得到旋转对称系统误差；利用步骤一和步骤二中的补偿单镜光学参量和步骤三中干涉腔环境参量的测量结果更新零位补偿光学系统设计模型的相应参数，根据补偿单镜面形的旋转对称项模拟实际补偿单镜；根据步骤三中获得的透射球面波镜头参考面面形的旋转对称项模拟实际透射球面波镜头；步骤六：将零位补偿光学系统的标定结果全部引入设计模型后，利用光学设计软件的几何光线追迹功能计算被检非球面镜处的非球面波前与理想非球面波前相比的波前偏差；利用精密六维调整台和旋转法标定被检非球面镜，精确获得零位补偿光学系统的非旋转对称系统误差；将被检非球面镜的原始检测结果减去零位补偿光学系统的旋转对称系统误差和非旋转对称系统误差，即可实现系统误差校正，从而精确获得被检非球面镜的面形。