[发明专利]一种平面光学元件旋转平移绝对检测中心对准方法

说明书

本发明公开了一种平面光学元件旋转平移绝对检测中心对准方法。首先在被测光学元件表面上选取一个特征标记点，被测光学元件绕光轴作多次旋转操作时,记录变动后特征点的位置，标记点轨迹是以旋转中心为圆心的圆，将标记点轨迹进行拟合得出旋转中心像素坐标。获取参考面上多个边缘坐标点同样进行圆拟合，得到参考面的圆心像素坐标。得到参考面中心与旋转中心的偏离距离，用调整机构分别在X,Y方向上调整旋转平台位置,使其与参考面中心重合。该方法采用最小二乘法拟合圆形轨迹，得到参考面和旋转中心，从而达到精确对准的目的，为波面重建提供较准确的波面信息，从而提高绝对检测的精度，具有很重要的作用。

技术领域

本发明属于高精度光学元件面形检测技术领域,具体涉及一种平面光学元件旋转平移绝对检测中心对准方法。

背景技术

随着现代光学技术的发展，光学系统发展迅猛。在光刻机、空间望远镜等为代表的大口径光学系统对光学元件面形加工质量要求越来越高，使得对光学元件面形检测精度要求不断提高。

干涉仪是面形检测中常用的一种方法，但干涉仪测量得到的面形结果中包含了参考面的面形信息，现有的旋转平移绝对检测法是通过对被测面分别进行旋转和平移操作，将参考面和被测面的面形错位叠加，再通过波面重建算法分别计算出被测面和参考面波面信息。现有方法存在的问题是：检测过程中由于旋转中心和光轴的对准精度不够高，旋转平移绝对检测中的旋转中心和参考平面中心存在对准误差，从而使实际旋转角度偏离设定的旋转角度，对旋转平移绝对测量的结果会造成影响。

发明内容

本发明提供一种平面光学元件旋转平移绝对检测中心对准方法，以克服现有技术存在的旋转中心偏离，对旋转平移绝对测量结果造成影响的问题。

为了达到本发明的目的，本发明提供的一种平面光学元件旋转平移绝对检测中心对准方法，所采用的装置包括激光器、准直物镜、参考光学元件、旋转平台和调整机构，所述参考光学元件置于准直物镜的下端,被测光学元件安装在旋转平台上,旋转平台安装在调整机构上,旋转平台用于旋转被测光学元件使之位于不同角度的检测位置,调整机构用于调整被测光学元件的偏心以及倾斜,使得被测光学元件在不同的旋转角度位置下,干涉条纹均为零条纹；所述激光器发出的光经过扩束准直后以理想的平面波入射到被测光学元件的表面，被测光学元件和参考面的叠加波面形成干涉条纹，并返回到CCD相机中。

所述方法包括以下步骤：

步骤一，在被测光学元件上选取1个特征标记点,记下其初始位置处的像素坐标为(X1，Y1)。

步骤二，通过旋转平台将被测光学元件旋转一定角度，记录在n次不同旋转角度下的特征标记点像素坐标分别为(X2,Y2),....,(Xn+1，Yn+1)，其中n＝2。

步骤三,在被测光学元件的旋转过程中，特征标记点的轨迹应是以旋转中心(a，b)为中心的圆，即(x-a)²+(y-b)²＝R²，整理得到，z＝2ax+2by+(R²-a²-b²)(其中z＝x²+y²)，构造矩阵方程Z＝XA，将特征标记点的坐标(Xj，Yj)代入矩阵方程中，其中，

解此矩阵方程,得转换矩阵表示为A＝[X^T·X]^-1·[X^T·Z]，解得旋转中心坐标(a，b)。

步骤四，在参考面选择i个边缘上的点，其像素坐标分别为(X1,Y1)...(Xi,Yi)，将坐标点代入步骤三中的公式中，进行最小二乘法拟合得到参考面的中心坐标(a1,b1)，其中i＝3。

步骤五，参考面中心和被测元件的旋转中心偏离的像素距离为(a1-a,b1-b)。通过调整装置将旋转装置在X，Y方向上平移使得光学元件的参考面中心和被测元件的旋转中心重合。