一种球面面形旋转平移绝对检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于精密光学测量领域，特别涉及的是一种球面绝对检测方法。
【背景技术】
[0002] 随着现代光学技术的发展，球面光学元件加工精度越来越高，对检测精度的要求 也越来越高，旋转平移绝对检测技术可以有效地提高检测精度，获得更准确的面形信息。
[0003] 目前，球面的绝对检测方法主要有两球面法和小球平均法，平面的绝对检测主要 是三平板方法和它的延伸。三平板方法需要三块平板，并且其中一块平板需要翻面，在立式 工况下的检测中重力影响的因素无法消除。球面绝对检测的两球面方法中，猫眼中心位置 的确定偏差会导致四叶误差和球差；用小球平均方法检测曲率半径较大的参考面时误差比 较大。旋转平移方法可以检测任意曲率半径的参考面，只需要加工一个曲率半径和它相匹 配的被侧面就可以了。另外一种类似的方法一平移剪切绝对检测在实际操作的过程中因 为平移机构不可能完全理想而导致产生较大的二次项误差，包括像散和离焦。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种球面面形旋转平移绝对检测方法，把大数值孔径球面 移相检测中存在的调整误差作为独立误差项，并把调整误差放入绝对检测过程中连同干涉 仪系统误差一起在测试波面数据中去除。。
[0005] 实现本发明目的的技术解决方案为：一种球面面形旋转平移绝对检测方法，延光 轴依次摆放干涉仪、参考镜和待测镜，步骤如下：
[0006] 定义调整误差Wmis
[0007]
[0008] 其中，c表示调整误差项中的泽尼克项的系数，Zi为对应的泽尼克项，
[0009] 步骤1 :利用干涉仪测量得到数值孔径为NA的待测镜的球面的一组原始面形数据 W1 ：
[0010]
[0011] 其中I表示参考面的面形误差，Wftlis表示原始面型调整误差，％为每项的泽尼克 系数，Zi为对应的泽尼克项，K为泽尼克拟合的项数；
[0012] 步骤2 :延X方向平移待测镜的球面，并用干涉仪测得面形数据W2 :
[0013]
[0014] 其中，Wms表示延X方向平移待测镜的球面后的调整误差，cx表示延X方向平移待 测镜的球面后调整误差项中的泽尼克项的系数；
[0015] 步骤3 :延y方向，即垂直光轴方向平移待测镜的球面，并用干涉仪测量面形数据 W3 =
[0016]
[0017] 其中，WYmis表示延y方向平移待测镜的球面后的调整误差，cY表示延y方向平移待 测镜的球面后调整误差项中的泽尼克项的系数；
[0018] 步骤4 :以光轴为旋转中心，旋转待测镜的球面，并用干涉仪测得面形数据W4 :
[0019]
[0020] 其中，Θ为旋转角度，Wsmis表示延光轴旋转待测镜的球面后的调整误差，cK表示延 光轴旋转待测镜的球面后调整误差项中的泽尼克项的系数；
[0021] 步骤5 :在上述四步中，每步都有参考面面形数据WpffiW2-W1 J3-W1J4-W1得：
[0025] 上述方程组可以表达为：GX=R[0026] 其中：[0027]
[0022]
[0023]
[0024]
[0030] 步骤6 :解方程得到X，继而得到a5~aK ;最后得到待测面形
[0031] 本发明与现有技术相比，其显著优点：1.本发明提出的球面面形旋转平移绝对检 测方法基于Zernike多项式拟合，原理清晰，方法简单有效；2.本发明提出的球面面形旋转 平移绝对检测方法把大数值孔径球面移相检测中存在的调整误差作为独立误差项，并把调 整误差放入绝对检测过程中连同干涉仪系统误差一起在测试波面数据中去除，有效地提高 了检测精度，具有重要的应用价值。
【附图说明】
[0032] 图1为本发明中被测球面为凹面镜时的检测结构示意图。
[0033] 图2为本发明中待测镜的球面的原始位置检测示意图。
[0034] 图3为本发明中待测镜的球面延X方向位移后的检测示意图。
[0035] 图4为本发明中待测镜的球面延y方向位移后的检测示意图。
[0036] 图5为本发明中待测镜的球面旋转一定角度后的检测示意图。
[0037] 图6为经过四次面型检测后解算出来的待测镜的球面面型。
[0038] 图7为本发明的方法流程图。
【具体实施方式】
[0039] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
[0040] 结合图1，一种球面面形旋转平移绝对检测方法，延光轴依次摆放干涉仪1、参考 镜2和待测镜3,其中干涉仪1包括氦氖激光器、显微物镜、空间滤波器、分光板、准直物镜。
[0041] 如图2所示为参考镜和待测镜在水平和坚直方向重合，两球面处于共心位置。
[0042] 如图3、4所示待测镜3的球面在图2位置上进行了水平、坚直位移并计算其面形 数据。
[0043] 如图5所示待测镜3的球面绕光轴旋转一定角度后，待测镜3的球面与参考面依 然保持共心位置。
[0044] 本方法对原始位置、水平位移后位置、坚直位移后位置和旋转后位置进行四次面 形测量，利用后面三次面形数据减去原始面形数据解算出最终的面型数据。本发明提出的 球面面形旋转平移绝对检测方法把大数值孔径球面移相检测中存在的调整误差作为独立 误差项，并把调整误差放入绝对检测过程中连同干涉仪系统误差一起在测试波面数据中去 除。有效地提高了检测精度，具有重要的应用价值。其方法的检测步骤如下：
[0045] 结合图7, 一种球面面形旋转平移绝对检测方法，延光轴依次摆放干涉仪1、参考 镜2和待测镜3,步骤如下：
[0046] 定义调整误差Wmis
[0047]
[0048] 其中，c表示调整误差项中的泽尼克项的系数，Zi为对应的泽尼克项，例如〇 2_3表 示第二项泽尼克多项式的三次方系数。
[0049] 步骤1 :利用干涉仪1测量得到数值孔径为NA的待测镜3的球面的一组原始面形 数据W1 :
[0050]
[0051] 其中I表示参考面的面形误差，Wailis表示原始面型调整误差，％为每项的泽尼克 系数，Zi为对应的泽尼克项，K为泽尼克拟合的项数；
[0052] 步骤2 :延X方向平移待测镜3的球