[发明专利]一种减小球面镜面形误差测量中机械移相误差的方法

说明书

本发明提出一种减小球面镜面形误差测量中机械移相误差的方法，该方法所利用的测量系统包括：干涉仪、球面标准镜、标准球面波、待测球面镜和五维调整台，该方法根据待测球面镜的NA大小以及移相误差的控制要求将待测球面镜分成多个环形子孔径，不同环形子孔径采用不同的移相步长，再通过子孔径拼接的方式可实现整个球面镜面形误差的测量。本发明通过改变移相步长的新方法，低成本地实现了高数值孔径球面镜面形误差的高精度测量。

技术领域

本发明涉及光学测量领域，具体涉及一种减小球面镜面形误差测量中机械移相误差的方法。

背景技术

球面镜是光学系统中最基本也是最重要的组成元件，随着对光学系统性能要求的不断提高，对球面镜面形精度的要求也越来越高。高精度球面镜面形误差测量是保证球面镜加工精度的基础。

球面镜面形误差测量可采用菲索干涉仪、泰曼‐格林干涉仪或点衍射干涉仪等方法。因菲索干涉仪具有共光路等优点而被广泛使用。目前菲索干涉仪的移相方式有机械移相和波长移相两种，机械移相是采用压电陶瓷(PZT)驱动球面标准镜来实现的，如美国Zygo公司的GPI系列干涉仪，波长移相是采用改变激光器输出波长的方式实现的，如美国Zygo公司的MST系列干涉仪。

当采用机械移相时，由于PZT是沿光轴方向驱动球面标准镜的，这将使球面标准镜轴上点(顶点)和轴外点的移相量不同，从而引入移相误差，对于测量数值孔径(NA)较小的球面镜时，所使用球面标准镜的NA也较小，因此，引入的移相误差也较小。然而，当进行高精度高NA球面镜面形误差测量时，高NA球面标准镜将会引入很大的移相误差。采用MST系列干涉仪测量高NA球面镜面形误差时，可以很好地解决这一问题，然而MST系列干涉仪价格十分昂贵。

发明内容

本发明提出一种减小球面镜面形误差测量中机械移相误差的方法，根据待测球面镜的NA大小以及移相误差的控制要求将待测球面镜分成多个环形子孔径，不同环形子孔径采用不同的移相步长，再通过子孔径拼接的方式可实现整个球面镜面形误差的测量。通过改变移相步长的新方法，可以低成本地实现高数值孔径球面镜面形误差的高精度测量。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种减小球面镜面形误差测量中机械移相误差的方法，该方法所利用的测量系统包括：干涉仪(10)、球面标准镜(20)、标准球面波(30)、待测球面镜(40)、五维调整台(50)，其特征在于该方法包括如下步骤：

步骤一：打开干涉仪(10)电源开关，进行预热；

步骤二：预热完后，将球面标准镜(20)装到干涉仪(10)上，获得标准球面波(30)；

步骤三：将待测球面镜(40)装到五维调整台(50)上，并进行光路的对准调整；

步骤四：根据待测球面镜(40)的曲率半径和数值孔径大小分析机械相移误差大小；

步骤五：根据待测球面镜(40)面形误差测量精度对机械相移误差的要求将待测球面镜(40)分为N个子孔径；

步骤六：根据第n(n＝1，2，…，N)个子孔径的机械相移误差大小设置干涉仪(10)的机械相移步长S_n；

步骤七：测量待测球面镜(40)的面形误差；

步骤八：从待测球面镜(40)面形误差中取出第n(n＝1，2，…，N)个子孔径处的面形误差；

步骤九：重复步骤六到步骤八，完成所有子孔径处的面形误差测量，得到N个子孔径处的面形误差；

步骤十：采用子孔径拼接法，从N个子孔径处的面形误差求得整个待测球面镜(40)的面形误差。

优选地，所述机械移相是通过压电陶瓷(PZT)驱动球面标准镜(20)来实现的。