[发明专利]结合液体透镜共焦定位的非球面误差干涉测量方法及系统

说明书

结合液体透镜共焦定位的非球面误差干涉测量方法及系统，通过将液体透镜L和部分补偿透镜P结合作为共焦透镜，建立结合液体透镜共焦定位的非球面参数误差干涉测量系统，不需要移动液体透镜，避免了在非球面参数误差干涉测量方法中需要通过移动消球差透镜组来确定被测非球面的初始位置，从而能够去除导轨所引入的误差，更加准确地确定被测面和部分补偿透镜的相对位置，进而提高测量非球面的面型参数误差的测量精度，且能够实现非接触、全口径、速度快、精度高的测量，具有无需扫描系统、结构简单的优点。

技术领域

本发明涉及光学非球面测量的技术领域，尤其涉及一种结合液体透镜共焦定位的非球面误差干涉测量方法，以及结合液体透镜共焦定位的非球面误差干涉测量系统。

背景技术

非球面的面型参数包括顶点曲率半径和二次曲面常数。这两个参数共同决定了非球面的形状特征，其中，顶点曲率半径不仅影响非球面的轮廓，还决定了非球面的基本性质，进而影响光学系统的像差和成像质量；而二次曲面常数是非球面的分类依据。精确测量面型参数误差，对于光学非球面的加工和装调非常重要。通常情况下，利用接触法或非接触法可以获得被测面的面形轮廓，然后对面形轮廓进行曲率拟合，可以得到被测面的面型参数。面型参数的测量值与标称值的差值，即为该非球面的面型参数误差。

干涉法是一种通用的光学非球面面形测量方法，而部分补偿干涉法具有结构简单、设计加工难度低的优点。在部分补偿干涉系统中，准直光经过补偿透镜后，其波前与非球面并不是完全吻合的，因此，反射光再次经过补偿透镜后，不再是准直光。当非准直反射光与参考准直光干涉时就会得到理想干涉条纹，实际条纹与理想干涉条纹的差异就反映了被测非球面的面形误差。

部分补偿干涉法是一种相对测量方法，可以直接测得被测非球面的面形误差。但是，由于被测面和部分补偿透镜的相对位置无法确定，通过部分补偿干涉法无法直接获得被测非球面的面型参数误差，这是目前需要解决的一大难题。

申请人拥有的已授权专利(申请号：201810933104.6，发明名称：结合激光差动共焦定位的非球面参数误差干涉测量方法)公开了一种解决这一难题的方法，其利用激光差动共焦定位系统求取补偿镜和被测镜之间距离。具体为，步骤4.1：利用激光差动共焦定位系统确定部分补偿透镜P的初始位置，即消球差透镜组A最后一面到部分补偿透镜P第一面的轴向距离d₁；将消球差透镜组A作为激光差动共焦定位系统的物镜镜头，利用激光差动共焦轴向强度响应特性曲线对部分补偿透镜P第一面进行定位，当曲线经过零点的时候，确定部分补偿透镜P的初始位置d₁；步骤4.2：移动消球差透镜组A，确定被测非球面的初始位置，即部分补偿透镜P第二面到被测非球面顶点的轴向距离d₂；将消球差透镜组A和部分补偿透镜P共同作为激光差动共焦定位系统的物镜镜头，利用激光差动共焦轴向强度响应特性曲线对被测非球面进行定位，当曲线经过零点的时候，确定被测非球面的初始位置d₂＝d₀；步骤4.3：建立包含部分补偿透镜P的实际干涉仪I_R，并确定被测非球面的最佳补偿位置，即部分补偿透镜第二面到被测非球面顶点的轴向距离d₃；根据实际干涉仪I_R的干涉图对被测非球面镜进行定位，当干涉图的条纹最稀疏的时候，确定被测非球面和补偿镜P之间的距离为被测非球面的最佳补偿位置d₃；步骤4.4：计算被测非球面与理想非球面之间的最佳补偿位置变化Δd：Δd＝d₃-d₂ (4)。

但是，这种方法需要移动消球差透镜组A，以便确定被测非球面的初始位置。消球差透镜组A的移动需要通过导轨实现，而导轨的定位误差以及导轨的直线度误差会对消球差透镜组A的定位精度有直接的影响，带来消球差透镜组A的定位误差。消球差透镜组A的定位误差会直接影响最佳补偿位置变化的测量，进而影响非球面参数的测量结果，带来非球面参数测量误差。

发明内容