[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

说明书

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的装置与方法。

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CN 101592478A，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的装置与方法。

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是：由激光器出射的细光束经准直扩束系统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后，一部分入射光被反射，反射光束被平面参考镜反射后再次返回分光板；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后返回；返回的反射光和返回的透射光在分光板处相遇发生干涉，形成干涉图，经成像系统后成像于探测器处；调节对准平板与部分补偿透镜相对于入射光的倾斜度，使探测器得到零条纹干涉图，移去对准平板，实现部分补偿透镜的倾斜对准。所述的对准平板前表面和后表面之间楔角小于1度，对准平板前表面或后表面镀有增透膜。

所述的辅助对准平板和部分补偿透镜采用组合分离机构，组合分离机构包括第一镜座、第二镜座、组合螺钉和压圈；第一镜座上设有辅助对准平板和压圈，第二镜座上设有部分补偿透镜和压圈，第一镜座和第二镜座通过组合螺钉固定。

另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是：由激光器出射的细光束经准直扩束系统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后，一部分入射光被反射，反射光束被平面参考镜反射后再次返回分光板；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后入射至对准球面反射镜，光线被再反射，经过部分补偿透镜后返回分光板；返回的反射光和返回透射光在分光板处相遇发生干涉，形成干涉图，经成像系统后成像于探测器处。所述的对准球面为凹或凸球面，具有峰谷小于1微米的面形误差。

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)根据部分补偿透镜、对准球面的口径、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；