專利名稱：非球面非零位干涉檢測(cè)中部分補(bǔ)償透鏡對(duì)準(zhǔn)裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非球面非零位干涉檢測(cè)中部分補(bǔ)償透鏡對(duì)準(zhǔn)的裝置與方法。
背景技術(shù)：
在非球面非零位干涉檢測(cè)中，部分補(bǔ)償透鏡承擔(dān)著補(bǔ)償一定范圍內(nèi)非球面的縱向法線像差，降低系統(tǒng)像面處返回波前斜率，進(jìn)而使干涉條紋可以被探測(cè)器分辨的作用，是整個(gè)非零位干涉系統(tǒng)的核心組成部分。為了減小系統(tǒng)誤差，原理上要求部分補(bǔ)償透鏡與非零位干涉儀正確對(duì)準(zhǔn)(包括傾斜和偏心)，即其在實(shí)際系統(tǒng)中的位置應(yīng)該與理論模型中的位置完全相同。如果其存在對(duì)準(zhǔn)誤差，將會(huì)向檢測(cè)結(jié)果中引入大量的像散、慧差等像差，嚴(yán)重整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)精度?？梢哉f，部分補(bǔ)償透鏡精確對(duì)準(zhǔn)是整個(gè)非零位干涉儀實(shí)現(xiàn)高精度檢測(cè)的重要前提。從在整個(gè)系統(tǒng)中承擔(dān)的作用來看，非球面非零位干涉儀中的部分補(bǔ)償透鏡類同于球面零位干涉儀(如Fizeau干涉儀)中消球差透鏡和非球面零位干涉儀中零位補(bǔ)償器(如計(jì)算全息圖)。在傳統(tǒng)的球面零位干涉檢測(cè)中，由于消球差透鏡中的最后一面為標(biāo)準(zhǔn)參考面，因此，可以利用其自準(zhǔn)直反射實(shí)現(xiàn)與干涉儀系統(tǒng)的高精度對(duì)準(zhǔn)。而在非球面零位干涉儀中，則可以通過設(shè)計(jì)與主全息圖匹配的對(duì)準(zhǔn)全息圖來實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償器的精確對(duì)準(zhǔn)。雖然以上兩種對(duì)準(zhǔn)方案簡(jiǎn)單方便且均已在各自領(lǐng)域得到成功應(yīng)用，但無法直接應(yīng)用在非球面非零位干涉檢測(cè)中部分補(bǔ)償透鏡的對(duì)準(zhǔn)。原因在于此處的部分補(bǔ)償透鏡既不存在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)參考面， 也無法與輔助對(duì)準(zhǔn)全息圖配合。盡管可以利用輔助透鏡組與部分補(bǔ)償透鏡組合為消球差透鏡組，進(jìn)而利用該消球差透鏡組的最后一面進(jìn)行自準(zhǔn)直對(duì)準(zhǔn)(楊甫英等，“非球面非零檢測(cè)中非零補(bǔ)償鏡精密干涉定位調(diào)整裝置及方法”，中國(guó)專利，公開號(hào)CN 101592478A，
公開日期2009. 12. 02)。但該方法需要額外的針對(duì)某一特定部分補(bǔ)償透鏡的配合鏡組，這會(huì)增加系統(tǒng)設(shè)計(jì)、加工、裝調(diào)等諸多環(huán)節(jié)的成本。因此，需要較為簡(jiǎn)單的裝置和方法實(shí)現(xiàn)非零位干涉系統(tǒng)中部分補(bǔ)償透鏡的精確對(duì)準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為非球面非零位干涉檢測(cè)中部分補(bǔ)償透鏡傾斜和偏心，提供一種操作簡(jiǎn)單且精確對(duì)準(zhǔn)的裝置與方法。一種非球面非零位干涉檢測(cè)中部分補(bǔ)償透鏡傾斜對(duì)準(zhǔn)裝置是由激光器出射的細(xì)光束經(jīng)準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)后被擴(kuò)束為平行寬光束，平行光入射至鍍有半反半透膜的分光板后， 一部分入射光被反射，反射光束被平面參考鏡反射后再次返回分光板；另一部分入射光被透射，透射光束向前傳播入射至輔助對(duì)準(zhǔn)平板后返回；返回的反射光和返回的透射光在分光板處相遇發(fā)生干涉，形成干涉圖，經(jīng)成像系統(tǒng)后成像于探測(cè)器處；調(diào)節(jié)對(duì)準(zhǔn)平板與部分補(bǔ)償透鏡相對(duì)于入射光的傾斜度，使探測(cè)器得到零條紋干涉圖，移去對(duì)準(zhǔn)平板，實(shí)現(xiàn)部分補(bǔ)償透鏡的傾斜對(duì)準(zhǔn)。所述的對(duì)準(zhǔn)平板前表面和后表面之間楔角小于I度，對(duì)準(zhǔn)平板前表面或后表面鍍有增透膜。所述的輔助對(duì)準(zhǔn)平板和部分補(bǔ)償透鏡采用組合分離機(jī)構(gòu)，組合分離機(jī)構(gòu)包括第一鏡座、第二鏡座、組合螺釘和壓圈；第一鏡座上設(shè)有輔助對(duì)準(zhǔn)平板和壓圈，第二鏡座上設(shè)有部分補(bǔ)償透鏡和壓圈，第一鏡座和第二鏡座通過組合螺釘固定。另一種非球面非零位干涉檢測(cè)中部分補(bǔ)償透鏡偏心對(duì)準(zhǔn)裝置是由激光器出射的細(xì)光束經(jīng)準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)后被擴(kuò)束為平行寬光束，平行光入射至鍍有半反半透膜的分光板后，一部分入射光被反射，反射光束被平面參考鏡反射后再次返回分光板；另一部分入射光被透射，透射平行光束經(jīng)過具有大球差的部分補(bǔ)償透鏡后入射至對(duì)準(zhǔn)球面反射鏡，光線被再反射，經(jīng)過部分補(bǔ)償透鏡后返回分光板；返回的反射光和返回透射光在分光板處相遇發(fā)生干涉，形成干涉圖，經(jīng)成像系統(tǒng)后成像于探測(cè)器處。所述的對(duì)準(zhǔn)球面為凹或凸球面，具有峰谷小于I微米的面形誤差。非球面非零位干涉檢測(cè)中部分補(bǔ)償透鏡偏心對(duì)準(zhǔn)方法的步驟如下I)根據(jù)部分補(bǔ)償透鏡、對(duì)準(zhǔn)球面的口徑、曲率半徑、折射率和厚度，采用Zemax光學(xué)設(shè)計(jì)軟件建立干涉系統(tǒng)理論模型，得到清晰可辨干涉圖時(shí)對(duì)準(zhǔn)球面在光軸上的位置；2)在理論模型中，等間隔改變部分補(bǔ)償透鏡的X軸偏心量Dx并追跡光線，根據(jù)最小二乘法，利用Zernike多項(xiàng)式擬合像面波前x軸慧差系數(shù)Cx，得到部分補(bǔ)償透鏡的x軸偏心量Dx與像面波前X軸慧差系數(shù)Cx關(guān)系曲線，擬合得到線性方程Cx = k · Dx，k為斜率；利用光學(xué)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性質(zhì)，得到部分補(bǔ)償透鏡的I軸偏心量Dy與像面波前y軸慧差系數(shù) Cy關(guān)系方程Cy = k · Dy ;3)沿X軸和Y軸方向上粗略平移部分補(bǔ)償透鏡；4)調(diào)整對(duì)準(zhǔn)球面使接收到清晰可辨的干涉圖，此時(shí)干涉圖中存在大的慧差；5)利用探測(cè)器采集多幀相移干涉圖，利用多步相移算法解調(diào)干涉圖，得到解調(diào)位相 Wdet ；6)根據(jù)最小二乘法,利用Zernike多項(xiàng)式擬合解調(diào)位相Wdet,得Wdet = Σ AiZi, i =
1,2,…，37，式中，Ai和Zi分別為第i項(xiàng)擬合系數(shù)和第i項(xiàng)Zernike多項(xiàng)式，得到像面的x 軸，y軸慧差系數(shù)分別為A7, A8,記Cx = A7, Cy = A8 ；7)設(shè)定閾值ε，若X軸慧差系數(shù)|CX| < ε，部分補(bǔ)償透鏡在χ軸方向的偏心誤差已足夠小，否則，根據(jù)公式Dx = Cx/k計(jì)算部分補(bǔ)償透鏡在χ軸方向的調(diào)整量Dx，并對(duì)部分補(bǔ)償透鏡在χ軸進(jìn)行補(bǔ)償，即沿χ軸移動(dòng)Dx距離；同樣根據(jù)公式Dx = Cy/k計(jì)算y軸方向需要的調(diào)整量Dy，對(duì)部分補(bǔ)償透鏡在y軸進(jìn)行補(bǔ)償；重復(fù)步驟4)至步驟7)，直至同時(shí)滿足|CX| < ε且|Cy| < ε，偏心對(duì)準(zhǔn)結(jié)束。本發(fā)明解決了非球面非零位干涉檢測(cè)中部分補(bǔ)償透鏡的傾斜和偏心對(duì)準(zhǔn)誤差問題，大大減少了由于其誤對(duì)準(zhǔn)而對(duì)檢測(cè)結(jié)果引入的調(diào)整誤差，為后續(xù)高精度非球面非零位通用化檢測(cè)奠定了基礎(chǔ)。


圖I為非球面非零位干涉檢測(cè)中部分補(bǔ)償透鏡傾斜對(duì)準(zhǔn)裝置圖；圖2為用于調(diào)整部分補(bǔ)償透鏡傾斜的對(duì)準(zhǔn)平板和部分補(bǔ)償透鏡組合系統(tǒng)機(jī)械機(jī)構(gòu)圖；圖3為非球面非零位干涉檢測(cè)中部分補(bǔ)償透鏡偏心對(duì)準(zhǔn)裝置圖4為非球面非零位干涉檢測(cè)中部分補(bǔ)償透鏡偏心對(duì)準(zhǔn)流程圖；圖5為部分補(bǔ)償透鏡偏心對(duì)準(zhǔn)前像面干涉圖；圖6為部分補(bǔ)償透鏡偏心對(duì)準(zhǔn)后像面干涉圖。
具體實(shí)施例方式部分補(bǔ)償透鏡的對(duì)準(zhǔn)誤差可以分解為傾斜對(duì)準(zhǔn)誤差和偏心對(duì)準(zhǔn)誤差，本發(fā)明所提出的非球面非零位干涉檢測(cè)中部分補(bǔ)償透鏡的對(duì)準(zhǔn)裝置和方法相應(yīng)地包括傾斜對(duì)準(zhǔn)和偏心對(duì)準(zhǔn)兩部分。提出的傾斜對(duì)準(zhǔn)裝置和方法的基本原理是利用對(duì)準(zhǔn)平行平板的對(duì)入射光線的自準(zhǔn)直作用，通過設(shè)計(jì)可以使對(duì)準(zhǔn)平行平板與部分補(bǔ)償透鏡平行且可以組合和分離的機(jī)械結(jié)構(gòu)，最終實(shí)現(xiàn)部分補(bǔ)償透鏡的傾斜對(duì)準(zhǔn)。偏心對(duì)準(zhǔn)裝置和方法利用對(duì)準(zhǔn)球面反射部分補(bǔ)償透鏡的出射光線，通過計(jì)算像面波前中慧差大小，反求部分補(bǔ)償透鏡在X和y軸方向上的待調(diào)節(jié)量并進(jìn)行相應(yīng)補(bǔ)償，最終實(shí)現(xiàn)部分補(bǔ)償透鏡的偏心對(duì)準(zhǔn)。下面將結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的工作原理及實(shí)施方式。如圖I所示，一種非球面非零位干涉檢測(cè)中部分補(bǔ)償透鏡傾斜對(duì)準(zhǔn)裝置是由激光器SI出射的細(xì)光束經(jīng)準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)S2后被擴(kuò)束為平行寬光束，平行光入射至鍍有半反半透膜的分光板S3后，一部分入射光被反射，反射光束被平面參考鏡S6反射后再次返回分光板S3 ;另一部分入射光被透射，透射光束向前傳播入射至輔助對(duì)準(zhǔn)平板S4后返回；返回的反射光和返回的透射光在分光板S3處相遇發(fā)生干涉，形成干涉圖，經(jīng)成像系統(tǒng)S7后成像于探測(cè)器S8處；調(diào)節(jié)對(duì)準(zhǔn)平板S4與部分補(bǔ)償透鏡S5相對(duì)于入射光的傾斜度，使探測(cè)器S8 得到零條紋干涉圖，移去對(duì)準(zhǔn)平板S4，實(shí)現(xiàn)部分補(bǔ)償透鏡S5的傾斜對(duì)準(zhǔn)。所述的對(duì)準(zhǔn)平板 S4前表面和后表面之間楔角小于I度,對(duì)準(zhǔn)平板S4前表面或后表面鍍有增透膜。如圖2所示，所述的輔助對(duì)準(zhǔn)平板S4和部分補(bǔ)償透鏡S5采用組合分離機(jī)構(gòu)，組合分離機(jī)構(gòu)包括第一鏡座I、第二鏡座2、組合螺釘3和壓圈4 ;第一鏡座I上設(shè)有輔助對(duì)準(zhǔn)平板S4和壓圈4，第二鏡座2上設(shè)有部分補(bǔ)償透鏡S5和壓圈4，第一鏡座I和第二鏡座2通過組合螺釘3固定。對(duì)準(zhǔn)平板S4和部分補(bǔ)償透鏡S5之間的機(jī)械平行性可以通過光學(xué)車間中的裝調(diào)機(jī)械且精細(xì)修磨兩者鏡座的基準(zhǔn)表面5和6實(shí)現(xiàn)。如圖3所示，另一種非球面非零位干涉檢測(cè)中部分補(bǔ)償透鏡偏心對(duì)準(zhǔn)裝置是由激光器SI出射的細(xì)光束經(jīng)準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)S2后被擴(kuò)束為平行寬光束，平行光入射至鍍有半反半透膜的分光板S3后，一部分入射光被反射，反射光束被平面參考鏡S6反射后再次返回分光板S3 ;另一部分入射光被透射，透射平行光束經(jīng)過具有大球差的部分補(bǔ)償透鏡S5后入射至對(duì)準(zhǔn)球面反射鏡S9，光線被再反射，經(jīng)過部分補(bǔ)償透鏡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處相遇發(fā)生干涉，形成干涉圖，經(jīng)成像系統(tǒng)S7后成像于探測(cè)器S8處。所述的對(duì)準(zhǔn)球面S9為凹或凸球面，具有峰谷小于I微米的面形誤差。上述部分補(bǔ)償透鏡偏心對(duì)準(zhǔn)裝置區(qū)別于零位干涉儀和非球面非零位干涉儀的最重要的一點(diǎn)在于上述結(jié)構(gòu)用于校正部分補(bǔ)償透鏡S5與系統(tǒng)光軸的偏心誤差，而零位干涉儀和非球面非零位干涉儀則用于光學(xué)球面或非球面表面的面形或波前檢測(cè)。另外，在零位干涉儀中，具有大球差的部分補(bǔ)償透鏡S5由消球差標(biāo)準(zhǔn)鏡替代；而在非零位干涉儀中，對(duì)準(zhǔn)球面S9則由被測(cè)非球面替代。如圖4所示，非球面非零位干涉檢測(cè)中部分補(bǔ)償透鏡偏心對(duì)準(zhǔn)方法的步驟如下
I)根據(jù)部分補(bǔ)償透鏡S5、對(duì)準(zhǔn)球面S9的口徑、曲率半徑、折射率和厚度，采用 Zemax光學(xué)設(shè)計(jì)軟件建立干涉系統(tǒng)理論模型，得到清晰可辨干涉圖時(shí)對(duì)準(zhǔn)球面S9在光軸上的位置；2)在理論模型中，等間隔改變部分補(bǔ)償透鏡S5的χ軸偏心量Dx并追跡光線，根據(jù)最小二乘法，利用Zernike多項(xiàng)式擬合像面波前χ軸慧差系數(shù)Cx，得到部分補(bǔ)償透鏡S5的 X軸偏心量Dx與像面波前X軸慧差系數(shù)Cx關(guān)系曲線，擬合得到線性方程Cx = k · χ，k為斜率；利用光學(xué)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性質(zhì)，得到部分補(bǔ)償透鏡S5的y軸偏心量Dy與像面波前y軸慧差系數(shù)Cy關(guān)系方程Cy = k · Dy ;3)沿χ軸和y軸方向上粗略平移部分補(bǔ)償透鏡S5 ；4)調(diào)整對(duì)準(zhǔn)球面S9使接收到清晰可辨的干涉圖，此時(shí)干涉圖中存在大的慧差；5)利用探測(cè)器采集多幀相移干涉圖，利用多步相移算法解調(diào)干涉圖，得到解調(diào)位相 Wdet ;6)根據(jù)最小二乘法,利用Zernike多項(xiàng)式擬合解調(diào)位相Wdet,得Wdet = Σ AiZi, i =
1,2,…，37，式中，Ai和Zi分別為第i項(xiàng)擬合系數(shù)和第i項(xiàng)Zernike多項(xiàng)式，得到像面的χ 軸，y軸慧差系數(shù)分別為A7, A8,記Cx = A7, Cy = A8 ；7)設(shè)定閾值ε，若χ軸慧差系數(shù)I Cj < ε，部分補(bǔ)償透鏡S5在χ軸方向的偏心誤差已足夠小，否則，根據(jù)公式Dx = Cx/k計(jì)算部分補(bǔ)償透鏡S5在χ軸方向的調(diào)整量Dx，并對(duì)部分補(bǔ)償透鏡S5在χ軸進(jìn)行補(bǔ)償，即沿χ軸移動(dòng)Dx距離；同樣根據(jù)公式Dy = Cy/k計(jì)算 Y軸方向需要的調(diào)整量Dy，對(duì)部分補(bǔ)償透鏡S5在y軸進(jìn)行補(bǔ)償；重復(fù)步驟4)至步驟7)，直至同時(shí)滿足|CX| < ε且|Cy| < ε，偏心對(duì)準(zhǔn)結(jié)束。實(shí)施例本發(fā)明應(yīng)用于部分補(bǔ)償透鏡傾斜對(duì)準(zhǔn)和偏心對(duì)準(zhǔn)的實(shí)例描述如下。圖I為非球面非零位干涉檢測(cè)中部分補(bǔ)償透鏡S5傾斜對(duì)準(zhǔn)裝置圖。圖2為圖I 中對(duì)準(zhǔn)平板S4和部分補(bǔ)償透鏡S5組合和分離的具體實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)平板S4和部分補(bǔ)償透鏡S5 分別放置于鏡座I和2中，并被壓圈4固緊；利用裝調(diào)機(jī)械可以實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)平板S4和部分補(bǔ)償透鏡S5與各自的基準(zhǔn)面5和6平行；鏡座2和鏡座I通過固緊螺釘3可以于基準(zhǔn)面5和 6處緊密配合。此時(shí)，在物理上可以實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)平板S4與部分補(bǔ)償透鏡S5平行。圖2中輔助對(duì)準(zhǔn)平板S4為單塊平行平板，厚度為6毫米，兩個(gè)表面的平行度為 4"，表面7和8分別鍍?cè)鐾改ず筒诲兡ぃ虼?，入射平行光到達(dá)表面8后會(huì)被反射。通過調(diào)整其繞χ軸和I軸的傾斜，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)平板表面7反射的光線沿原路返回至激光器SI。 此時(shí)，探測(cè)器S8處接收到零條紋干涉圖，對(duì)準(zhǔn)平板S4和部分補(bǔ)償透鏡S5的傾斜誤差得到校正。旋開固緊螺釘3，移去對(duì)準(zhǔn)平板S4及鏡座1，即實(shí)現(xiàn)了部分補(bǔ)償透鏡S5的傾斜對(duì)準(zhǔn)。圖3為非球面非零位干涉檢測(cè)中部分補(bǔ)償透鏡S5偏心對(duì)準(zhǔn)裝置圖。表I為圖3 中檢測(cè)光路在光學(xué)設(shè)計(jì)軟件Zemax中的理論參數(shù)。注意，由于干涉儀中參考路為平面波前， 因此，此處僅需建立圖3中檢測(cè)光路部分的理論模型。由表I可以看出，此處部分補(bǔ)償透鏡 S5為單片透鏡，兩面的曲率半徑分別為450. O毫米和-80. 962毫米，厚度7. 69毫米，玻璃材料為Κ9 ;對(duì)準(zhǔn)球面S9為凹球面，口徑為25毫米，曲率半徑為-25. 16毫米。實(shí)驗(yàn)中，檢測(cè)到該對(duì)準(zhǔn)球面S9的表面面形誤差峰谷值小于1/20波長(zhǎng)(He-Ne激光)。根據(jù)該理論系統(tǒng)， 當(dāng)部分補(bǔ)償透鏡S5的偏心量沿χ軸方向在-O. 3毫米至O. 3毫米均勻變化時(shí)，可以計(jì)算像
7面波前中X軸慧差系數(shù)Cx，進(jìn)而得到兩者的關(guān)系曲線。根據(jù)式錯(cuò)誤！未找到引用源。，利用最小二乘法可以擬合得到線性方程Cx = -4. 025 · Dx。若已知像面波前X軸慧差系數(shù)Cx大小，可以根據(jù)式Dx = -CJ4. 025反求部分補(bǔ)償透鏡S5在X軸方向待調(diào)整的偏心量Dx。表I圖3中檢測(cè)光路理論參數(shù)
名稱半徑(mm)厚度(mm)材料口徑(mm)4507.69K950部分樸yUtem-80.962155對(duì)準(zhǔn)球面-25.16反射鏡25實(shí)際中，搭建了部分補(bǔ)償透鏡S5偏心對(duì)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)裝置，在X和I軸方向上粗調(diào)部分補(bǔ)償透鏡S5在系統(tǒng)中的位置。然后調(diào)整對(duì)準(zhǔn)球面S9至像面出現(xiàn)清晰可辨條紋干涉圖，如 5所示。利用壓電晶體驅(qū)動(dòng)采集4幅相移干涉圖，并利用相移算法進(jìn)行解調(diào)，得到位相Wdrt。 利用Zernike多項(xiàng)式對(duì)解調(diào)位相Wdrt進(jìn)行擬合，可以得到像面波前中x和y向慧差系數(shù)分別為Cx = O. 110，Cy = O. 422。此處，設(shè)定慧差系數(shù)閾值ε =0.01。顯然，部分補(bǔ)償透鏡 S5在X和y軸方向上均存在較大的偏心誤差。根據(jù)前述的擬合關(guān)系Dx = -Cx/4. 025，可以計(jì)算得到該部分補(bǔ)償透鏡S5在X和y軸方向的待調(diào)整量分別為Dx = -27微米和Dy = -105 微米。利用部分補(bǔ)償透鏡S5的二維平移調(diào)整機(jī)構(gòu)，分別將其沿X和y軸負(fù)方向移動(dòng)27微米和105微米，重新調(diào)整對(duì)準(zhǔn)球面S9，可以在像面得到如圖6所示干涉圖。對(duì)比圖6和圖5 可以發(fā)現(xiàn)，圖6中干涉圖在視覺上已經(jīng)接近于完美。類似地，利用相移技術(shù)和Zernike擬合方法，可以定量得到圖6中X和y軸向慧差系數(shù)均小于設(shè)定閾值ε =0.01，這表明已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了部分補(bǔ)償透鏡S5的偏心對(duì)準(zhǔn)。經(jīng)過圖I和圖3所示裝置的傾斜和偏心調(diào)整過程，可以最終實(shí)現(xiàn)非球面非零位干涉檢測(cè)中部分補(bǔ)償透鏡S5的傾斜和偏心對(duì)準(zhǔn)。
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權(quán)利要求
1.一種非球面非零位干涉檢測(cè)中部分補(bǔ)償透鏡傾斜對(duì)準(zhǔn)裝置，其特征在于由激光器 (SI)出射的細(xì)光束經(jīng)準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)(S2)后被擴(kuò)束為平行寬光束，平行光入射至鍍有半反半透膜的分光板(S3)后，一部分入射光被反射，反射光束被平面參考鏡(S6)反射后再次返回分光板(S3);另一部分入射光被透射，透射光束向前傳播入射至輔助對(duì)準(zhǔn)平板(S4)后返回；返回的反射光和返回的透射光在分光板(S3)處相遇發(fā)生干涉，形成干涉圖，經(jīng)成像系統(tǒng)(S7)后成像于探測(cè)器(S8)處；調(diào)節(jié)對(duì)準(zhǔn)平板(S4)與部分補(bǔ)償透鏡(S5)相對(duì)于入射光的傾斜度，使探測(cè)器(S8)得到零條紋干涉圖，移去對(duì)準(zhǔn)平板(S4)，實(shí)現(xiàn)部分補(bǔ)償透鏡(S5) 的傾斜對(duì)準(zhǔn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種非球面非零位干涉檢測(cè)中部分補(bǔ)償透鏡傾斜對(duì)準(zhǔn)裝置， 其特征在于所述的對(duì)準(zhǔn)平板(S4)前表面和后表面之間楔角小于I度，對(duì)準(zhǔn)平板(S4)前表面或后表面鍍有增透膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種非球面非零位干涉檢測(cè)中部分補(bǔ)償透鏡傾斜對(duì)準(zhǔn)裝置， 其特征在于所述的輔助對(duì)準(zhǔn)平板(S4)和部分補(bǔ)償透鏡(S5)采用組合分離機(jī)構(gòu)，組合分離機(jī)構(gòu)包括第一鏡座(I)、第二鏡座(2)、組合螺釘(3)和壓圈(4);第一鏡座(I)上設(shè)有輔助對(duì)準(zhǔn)平板(S4)和壓圈(4)，第二鏡座(2)上設(shè)有部分補(bǔ)償透鏡(S5)和壓圈(4)，第一鏡座 (I)和第二鏡座(2)通過組合螺釘(3)固定。
4.一種非球面非零位干涉檢測(cè)中部分補(bǔ)償透鏡偏心對(duì)準(zhǔn)裝置，其特征在于由激光器 (SI)出射的細(xì)光束經(jīng)準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)(S2)后被擴(kuò)束為平行寬光束，平行光入射至鍍有半反半透膜的分光板(S3)后,一部分入射光被反射,反射光束被平面參考鏡(S6)反射后再次返回分光板(S3);另一部分入射光被透射，透射平行光束經(jīng)過具有大球差的部分補(bǔ)償透鏡 (S5)后入射至對(duì)準(zhǔn)球面反射鏡(S9)，光線被再反射，經(jīng)過部分補(bǔ)償透鏡(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)處相遇發(fā)生干涉，形成干涉圖，經(jīng)成像系統(tǒng)(S7)后成像于探測(cè)器(S8)處。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的非球面非零位干涉檢測(cè)中部分補(bǔ)償透鏡偏心對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在于所述的對(duì)準(zhǔn)球面(S9)為凹或凸球面，具有峰谷小于I微米的面形誤差。
6.一種使用如權(quán)利要求4所述裝置的非球面非零位干涉檢測(cè)中部分補(bǔ)償透鏡偏心對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在于它的步驟如下1)根據(jù)部分補(bǔ)償透鏡(S5)、對(duì)準(zhǔn)球面(S9)的口徑、曲率半徑、折射率和厚度，采用 Zemax光學(xué)設(shè)計(jì)軟件建立干涉系統(tǒng)理論模型，得到清晰可辨干涉圖時(shí)對(duì)準(zhǔn)球面(S9)在光軸上的位置；2)在理論模型中，等間隔改變部分補(bǔ)償透鏡(S5)的X軸偏心量Dx并追跡光線，根據(jù)最小二乘法，利用Zernike多項(xiàng)式擬合像面波前x軸慧差系數(shù)Cx，得到部分補(bǔ)償透鏡(S5)的 X軸偏心量Dx與像面波前X軸慧差系數(shù)Cx關(guān)系曲線，擬合得到線性方程Cx = k · χ，k為斜率；利用光學(xué)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性質(zhì)，得到部分補(bǔ)償透鏡(S5)的y軸偏心量Dy與像面波前y 軸慧差系數(shù)Cy關(guān)系方程Cy = k · Dy ;3)沿X軸和y軸方向上粗略平移部分補(bǔ)償透鏡(S5)；4)調(diào)整對(duì)準(zhǔn)球面(S9)使接收到清晰可辨的干涉圖，此時(shí)干涉圖中存在大的慧差；5)利用探測(cè)器采集多幀相移干涉圖，利用多步相移算法解調(diào)干涉圖，得到解調(diào)位相6)根據(jù)最小二乘法，利用Zernike多項(xiàng)式擬合解調(diào)位相Wdert,得Wdet= Σ AiZi, i = I, 2，…，37，式中，Ai和Zi分別為第i項(xiàng)擬合系數(shù)和第i項(xiàng)Zernike多項(xiàng)式，得到像面的x軸， y軸慧差系數(shù)分別為A7, A8,記Cx = A7, Cy = A8 ；7)設(shè)定閾值ε，若X軸慧差系數(shù)|CX|< ε，部分補(bǔ)償透鏡(S5)在χ軸方向的偏心誤差已足夠小，否則，根據(jù)公式Dx = Cx/k計(jì)算部分補(bǔ)償透鏡(S5)在χ軸方向的調(diào)整量Dx，并對(duì)部分補(bǔ)償透鏡(S5)在χ軸進(jìn)行補(bǔ)償，即沿χ軸移動(dòng)Dx距離；同樣根據(jù)公式Dy = Cy/k計(jì)算y軸方向需要的調(diào)整量Dy，對(duì)部分補(bǔ)償透鏡(S5)在y軸進(jìn)行補(bǔ)償；重復(fù)步驟4)至步驟7)，直至同時(shí)滿足|CX| < ε且|Cy| < ε，偏心對(duì)準(zhǔn)結(jié)束。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種非球面非零位干涉檢測(cè)中部分補(bǔ)償透鏡對(duì)準(zhǔn)裝置與方法。它由激光器出射的細(xì)光束經(jīng)準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)后被擴(kuò)束為平行寬光束，平行光入射至鍍有半反半透膜的分光板后，一部分入射光被反射，反射光束被平面參考鏡反射后再次返回分光板；另一部分入射光被透射，透射光束向前傳播入射至輔助對(duì)準(zhǔn)平板后返回；返回的反射光和返回的透射光在分光板處相遇發(fā)生干涉，形成干涉圖，經(jīng)成像系統(tǒng)后成像于探測(cè)器處；調(diào)節(jié)對(duì)準(zhǔn)平板與部分補(bǔ)償透鏡相對(duì)于入射光的傾斜度，使探測(cè)器得到零條紋干涉圖，移去對(duì)準(zhǔn)平板，實(shí)現(xiàn)部分補(bǔ)償透鏡的傾斜對(duì)準(zhǔn)。本發(fā)明解決了非球面非零位干涉檢測(cè)中部分補(bǔ)償透鏡對(duì)準(zhǔn)誤差問題，減少了其誤對(duì)準(zhǔn)對(duì)檢測(cè)結(jié)果引入的調(diào)整誤差。
文檔編號(hào)G01B9/02GK102591031SQ20121005445
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月2日
發(fā)明者張磊, 楊甬英, 田超, 韋濤 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)