非球面空间位置的快速调整装置及调整方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于超高精度非球面面形检测技术领域，具体设及一种非球面空间位置的 快速调整装置及调整方法。
【背景技术】
[0002] 目前，非球面光学元件在光学系统中得到了广泛应用，非球面光学元件的制造对 现代光学加工和检测技术提出了挑战。运是因为光学制造的精度和效率在很大程度上依赖 于检测技术，所W高精度检测对于非球面光学元件尤其是大型非球面光学元件的制造有着 非常重要的意义。
[0003] 非球面光学元件相对于补偿器光轴的Χ、Υ方向的偏屯、，Χ、Υ方向的倾斜与检测结果 的zernAe系数中的倾斜和慧差相关。因此，可W通过调整非球面光学元件Χ、Υ方向的偏屯、， Χ、Υ方向的倾斜W及距离补偿器的距离从而将非球面光学元件检测结果的zernike系数中 的倾斜、慧差和离焦项系数调整到0,就可W将非球面光学元件调整到理论检测位置，即非 球面光学元件被测面的光轴与补偿器系统的光轴穿轴。
【发明内容】
[0004] 为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种非球面空间位置的快速调整装置 及调整方法。
[0005] 本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：
[0006] 本发明的非球面空间位置的快速调整装置，包括:干设仪、安装在干设仪下端的补 偿器、调整机构、安装在调整机构上的检测支撑平台、安装在检测支撑平台上的被测非球 面;所述调整机构用于调整被测非球面的倾斜、偏屯、和离焦。
[0007] 进一步的，所述干设仪发出的光经补偿器后形成理想的球面波入射到被测非球面 的表面，被测非球面将该理想的球面波反射回干设仪中，并在干设仪的CCD上形成干设条 纹。
[000引进一步的，所述被测非球面为旋转对称非球面，其表达式为：
[0009]
[0010]式（1)中：r2 = x2+y2，c = l/R〇，x为被测非球面口径在X方向的分量，y为被测非球面 口径在X方向的分量，Ro为被测非球面的顶点曲率半径，曰4~an为非球面高阶系数，k为二次 曲面常数。
[0011] 进一步的，所述调整机构为电动或手动的五自由度调整机构。
[0012] 本发明还提供了一种非球面空间位置的快速调整方法，包括W下步骤：
[0013] 步骤一、通过调整机构将被测非球面调整到理论检测位置，此理论检测位置作为 被测非球面检测的初始位置，利用干设仪及补偿器检测被测非球面，得到被测非球面面形 检测结果，记录检测结果的zernAe系数中的离焦z4,倾斜z2、z3,慧差系数z7、z8;
[0014] 步骤二、利用调整机构调整被测非球面在X方向平移Δ X微米，测量被测非球面面 形，得到此时的检测结果的zernAe系数中的倾斜ζ2χ/、ζ3χ/，慧差系数ζ7χ/、ζ8χ/ ;
[0015] 步骤Ξ、利用调整机构调整被测非球面在Υ方向平移Ay微米，测量被测非球面面 形，得到此时的检测结果的zernAe系数中的倾斜z2y'、z：3y'，慧差系数z7y'、z8y';
[0016] 步骤四、利用调整机构调整被测非球面在Tilt X自由度旋转Δ u微弧度，测量被测 非球面面形，得到此时的检测结果的zernike系数中的倾斜z2u/、z3u/，慧差系数z7u/、 z8u';
[0017] 步骤五、利用调整机构调整被测非球面在Tilt Υ自由度旋转Αν微弧度，现慢被测 非球面面形，得到此时的检测结果的zernike系数中的倾斜z2y/、z3y/，慧差系数z7y/、 z8v';
[0018] 步骤六、利用步骤一至步骤五中得到的数据建立矩阵方程，如式(2)所示：（ζ2χ/-
[0020] 式(2)中，ζ2/、ζ3/、ζ7/、ζ8/分别为被测非球面不在理论检测位置时检测被测非球 面面形而得到的倾斜ζ2^、ζ3^ W及慧差系数ζ7^、ζ8^，^、7、11、巾分别为将被测非球面重新调 回理论检测位置时调整机构在Χ、Υ方向平移、绕X轴旋转W及绕Υ轴旋转自由度的调整量；
[0021] 步骤屯、将ζ2^、ζ3^、ζ7^、ζ8^带入矩阵方程中解出x、y、u、v，即可得到从被测非球 面目前的非理论检测位置将其调回理论检测位置所需要的在Χ、γ方向平移、绕X轴旋转W及 绕Υ轴旋转等自由度的调整量。
[0022] 本发明的有益效果是：目前，由于调整机构一般会存在X、Y、Tilt X、Tilt Υ等自由 度的禪合，并且调整被测非球面的偏屯、、倾斜均会引起被测结果中ZernAe项中的倾斜W及 慧差的变化，安装被测镜后需要重新调整多次调整X、Y、Tilt X、Tilt Y，运样既浪费时间且 调整效果较差。针对运种困难，本发明提出一种非球面空间位置的快速调整装置及调整方 法，本发明通过建立调整机构中X、Y、Tilt X、Tilt Y等自由度和面形检测结果中ZernAe项 中的倾斜W及慧差之间的调整关系的矩阵方程，通过解矩阵方程得出调整台X、Y、Tilt X、 Tilt Y等自由度所需的调整量，运样只需进行一次调整即可将被测非球面调整到位，节省 大量的非球面调整时间。
[0023] 本发明的非球面空间位置的快速调整装置，具有结构简单、装调方便、成本低等优 点。
[0024] 本发明的非球面空间位置的快速调整方法，用于精确调整被测非球面空间位置， 减少非球面调整所需的调整时间，具有快速、简单、调整精度高等优点。
【附图说明】
[0025] 图1为本发明的非球面空间位置的快速调整装置的结构示意图。
[0026] 图2为本发明的非球面空间位置的快速调整方法的流程示意图。
[0027] 图中：1、干设仪，2、补偿器，3、被测非球面，4、检测支撑平台，5、调整机构。
【具体实施方式】
[0028] W下结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0029] 如图1所示，本发明的一种非球面空间位置的快速调整装置，主要包括干设仪1、补 偿器2、被测非球面3、检测支撑平台4和调整机构5。
[0030] 补偿器2安装在干设仪1下端，被测非球面3安装在检测支撑平台4上，检测支撑平 台4安装在调整机构5上，调整机构5用于调整被测非球面3的倾斜、偏屯、W及离焦。调整机构 5为电动或手动的五自由度调整机构。
[0031] 干设仪1发出的光经补偿器2后形成理想的球面波入射到被测非球面3的表面，被 测非球面3将该理想的球面波反射回干设仪1中，并在干设仪1的CCD上形成干设条纹。
[0032] 被测非球面3为旋转对称非球面，其表达式为：
[0033]
[0034] 式（1)中：r2 = x2+y2，C = 1/Ro，X为被测非球面3 口径在X方向的分量，y为被测非球 面3 口径在X方向的分量，Ro为被测非球面3的顶点曲率半径，曰4~an为非球面高阶系数，k为 二次曲面常数。
[0035] 如图2所示，本发明的一种非球面空间位置的快速调整方法，具体步骤如下：
[0036] 步骤一、安装被测非球面3,并通过调整机构5将被测非球面3调整到理论检测位 置，并将此理论检测位置作为被测非球面3检测的初始位置，利用干设仪1及补偿器2系统检 测被测非球面3,得到被测非球面3面形检测结果，记录检测结果的zernike系数中的离焦 z4，倾斜z2、z3，慧差系数z7、z8。
[0037] 步骤二、利用调整机构5调整被测非球面3在X方向平移Δχ微米，测量被测非球面3 面形，得到此时的检测结果的zernAe系数中的倾斜ζ2χ/、ζ3χ/，慧差系数ζ7χ/、ζ8χ/。
[0038] 步骤Ξ、利用调整机构5调整被测非球面3在Υ方向平移Ay微米，测量被测非球面3 面形，得到此时的检测结果的zernAe系数中的倾斜z2y'、z：3y'，慧差系数z7y'、z8y'。
[0039] 步骤四、利用调整机构5调整被测非球面3在Tilt X自由度旋转Au微弧度，测量被 测非球面3面形，得到此时的检测结果的zernike系数中的倾斜z2u/、z3u/，慧差系数z7u/、 z8u'。
[0040] 步骤五、利用调整机构5调整被测非球面3在Tilt Y自由度旋转Δν微弧度，测量被 测非球面3面形，得到此时的检测结果的zernike系数中的倾斜ζ2ν/、ζ3ν^，慧差系数ζ7ν^、 ζ8ν'。
[0041] 步骤六、利用步骤一至步骤五中得到的数据建立矩阵方程，如式(2)所示：（ζ2χ/-
[0043]式(2)中，ζ2^、ζ3^、ζ7^、ζ8^分别为被测非球面3任意不在理论检测位置检测被测 非球面3面形而得到的倾斜z2/、z3/ W及慧差系数z7/、z8/，^、7、11、巾分别为将被测非球面3 重新调回理论检测位置时调整机构5在Χ、Υ方向平移、绕X轴旋转(Tilt X)W及绕Υ轴旋转 (Tilt Υ)等自由度的调整量。
[0044] 步骤屯、将z2^、z3^、z7^、z8^带入矩阵方程中解出x、y、u、v，即可得到从被测非球 面3目前的非理论检测位置将其调回理论检测位置所需要的在Χ、Υ方向平移、绕X轴旋转 (Tilt X)W及绕Υ轴旋转(Tilt Υ)等自由度的调整量。
[0045] 本发明的非球面空间位置的快速调整方法主要包括建立X、Y、Tilt XW及Tilt Y 自由度与zernAe系数之间的矩阵方程，通过求解矩阵方程求出将被测非球面3从目前的位 置调回至理论检测位置所需要的X、Y、Tilt XW及Tilt Y等自由度的调整量，从而将被测非 球面3复位。
【具体实施方式】 [0046] 一
[0047] 本发明的一