[发明专利]非球面非零位干涉检测中部分补偿透镜对准装置与方法

权利要求书

1.一种非球面非零位干涉检测中部分补偿透镜倾斜对准装置，其特征在于：由激光器(S1)出射的细光束经准直扩束系统(S2)后被扩束为平行宽光束，平行光入射至镀有半反半透膜的分光板(S3)后，一部分入射光被反射，反射光束被平面参考镜(S6)反射后再次返回分光板(S3)；另一部分入射光被透射，透射光束向前传播入射至辅助对准平板(S4)后返回；返回的反射光和返回的透射光在分光板(S3)处相遇发生干涉，形成干涉图，经成像系统(S7)后成像于探测器(S8)处；调节对准平板(S4)与部分补偿透镜(S5)相对于入射光的倾斜度，使探测器(S8)得到零条纹干涉图，移去对准平板(S4)，实现部分补偿透镜(S5)的倾斜对准。

2.根据权利要求1所述的一种非球面非零位干涉检测中部分补偿透镜倾斜对准装置，其特征在于：所述的对准平板(S4)前表面和后表面之间楔角小于1度，对准平板(S4)前表面或后表面镀有增透膜。

3.根据权利要求1所述的一种非球面非零位干涉检测中部分补偿透镜倾斜对准装置，其特征在于：所述的辅助对准平板(S4)和部分补偿透镜(S5)采用组合分离机构，组合分离机构包括第一镜座(1)、第二镜座(2)、组合螺钉(3)和压圈(4)；第一镜座(1)上设有辅助对准平板(S4)和压圈(4)，第二镜座(2)上设有部分补偿透镜(S5)和压圈(4)，第一镜座(1)和第二镜座(2)通过组合螺钉(3)固定。

4.一种非球面非零位干涉检测中部分补偿透镜偏心对准装置，其特征在于：由激光器(S1)出射的细光束经准直扩束系统(S2)后被扩束为平行宽光束，平行光入射至镀有半反半透膜的分光板(S3)后，一部分入射光被反射，反射光束被平面参考镜(S6)反射后再次返回分光板(S3)；另一部分入射光被透射，透射平行光束经过具有大球差的部分补偿透镜(S5)后入射至对准球面反射镜(S9)，光线被再反射，经过部分补偿透镜(S5)后返回分光板(S3)；返回的反射光和返回透射光在分光板(S3)处相遇发生干涉，形成干涉图，经成像系统(S7)后成像于探测器(S8)处。

5.根据权利要求4所述的非球面非零位干涉检测中部分补偿透镜偏心对准方法，其特征在于：所述的对准球面(S9)为凹或凸球面，具有峰谷小于1微米的面形误差。

6.一种使用如权利要求4所述装置的非球面非零位干涉检测中部分补偿透镜偏心对准方法，其特征在于它的步骤如下：

1)根据部分补偿透镜(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＝∑A_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；

7)设定阈值ε，若x轴慧差系数|C_x|＜ε，部分补偿透镜(S5)在x轴方向的偏心误差已足够小，否则，根据公式D_x＝C_x/k计算部分补偿透镜(S5)在x轴方向的调整量D_x，并对部分补偿透镜(S5)在x轴进行补偿，即沿x轴移动D_x距离；同样根据公式D_y＝C_y/k计算y轴方向需要的调整量D_y，对部分补偿透镜(S5)在y轴进行补偿；重复步骤4)至步骤7)，直至同时满足|C_x|＜ε且|C_y|＜ε，偏心对准结束。