专利名称：一种环形凸非球面的快速面形检测方法
技术领域：
本发明属于光学设计和光学检测技术领域。
背景技术：
环形非球面的方程式可以表示为
权利要求
1.一种环形凸非球面的快速面形检测方法，其特征是:利用光学设计软件，如ZEMAX, CODE V等，通过优化仿真出球面波入射到非球面，用大口径标准球面反射镜将光线准直返回时，得到环形凸非球面相对于某一接近的凸双曲面的波像差，即非球面相对于双曲面的理论波像差，将此波像差，在极坐标下利用Zernike多项式，取前36项或前37项进行拟合，令x=rcos Θ，y=rsin θ ,将极坐标下的Zernike方程转化为直角坐标下的形式；使用数字波面干涉仪利用球面镜头搭建球面自准直光路测量出非球面相对于双曲面的波像差，即非球面相对于这一双曲面的实际波像差，这个实际波像差用离散的三维矩阵(X，Y, ζ)表示，X，y表示像素的位置，ζ表示对应像素位置波像差的矢高；根据实际波像差的三维矩阵，确定实际波面的有效像素，以此为依据对理论波像差(直角坐标系下Zernike多项式表示)在直角坐标系下进行像素划分，将用Zernike多项式表示的理论波像差转化为矩阵(X’ ,1 ,ζ )的形式，保证与实际波像差有效像素的分布相同，将实际波像差的矩阵和理论波像差的矩阵统一到同一坐标系下，让两个波像差的像素一一对应，然后将两个波像差的矢高做差法运算，即Λ ζ = ζ’-ζ，即可得到非球面实际面形与理论面形的残差分布，从而实现环形凸非球面的快速面形检测。
2.根据权利要求1所述的一种环形凸非球面的快速面形检测方法，其特征是:为了满足待检镜的遮拦比要求，并且使标准球面镜的口径尽可能的小，对标准球面镜的位置、中心孔的大小有一定的要求，它们之间的关系满足: / = +/J/#-A22，Klhl= (I1 -1)/(1, +I2 ―也-H21);式中:hk为标准球面中心孔(盲孔)直径的一半，Ill为待检镜有效孔径的一半，h2为待检镜内环(即中心盲区)直径的一半，I1 = -(a+b) = -r/(l-e)，I2 = a-b = r/(l+e)，a、b分别为接近的凸双曲面的子午截面曲线(双曲线)的半长轴和半短轴，r为待检镜顶点曲率半径，I3为标准球面反射镜的中心到待检非球面顶点的距离；标准球面反射镜的曲率半径R = +Ii)2 + hk行准球面反射镜的口径为D = 2h2(^ +1)/(α β+l)，其中a =Ii2Ai1, β = I1A2 ;根据上面的描述可以知道，这些方程中仅Ii1, h2是定值，这还不足以完全确定其它参数，因此满足条件的参数会有很多组；由于大口径标准球面镜难以制造，因此一般会首先选择已有的标准球面镜，确定其参数，再来确定I1U2U3,从而确定与待测凸非球面接近的凸双曲面的参数。
3.根据权利要求1所述的一种环形凸非球面的快速面形检测方法，其特征是:数字波面干涉仪测量出非球面相对于双曲面的波像差，需要去除平移及倾斜误差。
4.根据权利要求1所述的一种环形凸非球面的快速面形检测方法，其特征是:本检测方法检测非球面的最大非球面度和非球面度梯度不仅取决于数字波面干涉仪内CCD阵列像元的大小和数目，还依赖于所选择的最接近双曲面的参数。
全文摘要
本发明公开了一种环形凸非球面的快速面形检测方法，基于球面自准直法利用光学设计软件仿真出凸非球面相对于最接近双曲面的波像差，在极坐标下利用Zernike多项式对波像差进行拟合，将极坐标下的波像差方程转化为直角坐标下的形式；使用数字波面干涉仪测量出非球面相对于双曲面的波像差，将实际波像差的矩阵和理论波像差的矩阵统一到同一坐标系下，让两个波像差的像素一一对应，然后将两个波像差的矢高做差法运算，即可得到非球面实际面形与理论面形的残差分布。本检测方法检测非球面的最大非球面度和非球面度梯度不仅取决于数字波面干涉仪内CCD阵列像元的大小和数目，还依赖于所选择的最接近双曲面的参数。本发明具有快速、准确、检测范围广等优点，具有广阔的市场前景。
文档编号G01B11/24GK103234480SQ20131013212
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月16日 优先权日2013年4月16日
发明者程灏波, 潘宝珠, 冯云鹏, 谭汉元, 丁仁强 申请人:北京理工大学