[发明专利]基于多波前透镜补偿器的非球面绝对测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种非球面绝对测量系统及测量方法，属于先进光学制造与检测技术领域。

技术背景

高精度光学元件的制造需要相应的检测技术，高精度面形检测技术仍然面临巨大挑战。数字相移干涉仪为目前面形检测的主流设备。干涉测量的基本原理是携带有被测光学元件面形误差信息的测试波前与参考波前发生干涉，进而对干涉图进行数据处理以计算出反映测量误差信息的相位值，通过将参考波前作为理想的测量“标尺”进行相对测量，因此干涉仪面形检测精度主要受到参考波前精度影响。绝对测量方法通过对多次干涉相对测量结果进行数据处理以分离出被测光学元件面形误差信息，是一种提升干涉检测精度的有效手段。

球面绝对测量方法相对较成熟，在高精度干涉测量中应用较广泛。常用的球面绝对测量方法有三位置法、随机球法和平移旋转法。A.E.Jensen(A.E.Jensen，“Absolutecalibration method for laser Twyman-Green wave-front testing interferometers，”J.Opt.Soc.Am.63：1313A，1973.)提出了一种可实现球面绝对测量的三位置法，该方法对被测球面光学元件在共焦位置、旋转180度后共焦位置、“猫眼”位置进行相对测量，然后通过数据处理分离出被测球面光学元件面形误差。L.A.Selberg(L.A.Selberg，“Absolute testing of spherical surfaces，”Optical Fabrication and TestingWorkshop，OSA Technical Digest Series 13，181-184，1994.)将上述三位置法扩展为五位置法，该方法在被测球面光学元件共焦位置0、90、180、270度四个位置和“猫眼”位置进行相对测量，然后通过数据处理分离出被测球面光学元件面形误差，该方法可以一定程度上减小被测光学元件在旋转过程中调整误差影响。三位置法主要缺点在于采用“猫眼”测量位置，测试波前将在该位置发生光路反转导致不满足共光路条件；此外猫眼位置对调整误差不敏感，其调整误差将导致数据处理过程中出现错误的坐标匹配，进而产生不准确的计算结果。P.E.Parks等人(P.E.Parks，C.J.Evans，L.Shao，“Calibration ofinterferometer transmission spheres，”，Optical Fabrication and Testing Workshop，OSA Technical Digest Series 12，80-83，1998.)提出了一种标定标准镜头面形误差的随机球法，该方法通过对一个标定球在大量随机位置进行相对测量，然后进行平均数据处理，标定球的误差随着测量次数的增加趋于零，平均处理结果将主要反映标准镜头面形误差信息。Ulf Griesmann等人(Ulf Griesmann，Quandou wang，Johannes Soons，et al.“A simpleball average for reference sphere calibrations”，Proc.SPIE，5869：58690S1-S8，2005.)报道了一种随机球法的实施装置。随机球法只能用于产生会聚光束的凹标准镜头的误差标定。Bernd Dorband等人(Bernd Dorband，Günther Seitz，“Interferometric testing ofoptical surfaces at its current limit”，Optik，112(9)：392-398，2001.)报道了一种平移旋转法，该方法对被测球面光学元件在共焦位置不同旋转角度和横向平移时进行相对测量，通过数据处理分别计算出被测球面光学元件面形误差的旋转对称和非对称部分，然后合成上述计算结果即可得到被测光学元件面形误差信息。平移旋转法避免使用“猫眼”位置，且具有非常大的应用范围。