采用变形镜的拼接干涉检测非球面面形的装置属于光学检测技术领域，本发明专利技术包括干涉检测系统、变形镜补偿系统、机械调整机构和计算机数据处理模块；具体包括如下步骤：步骤一：搭建应用变形镜的拼接干涉检测装置；步骤二：划分子孔径；步骤三：移动到待检测的子孔径位置，根据建模以及干涉条纹调整变形镜面形或折射率；步骤四：子孔径干涉图采集处理；步骤五、子孔径回程误差校正；步骤六、全口径面形拼接。本发明专利技术结合变形镜与子孔径拼接干涉检测法，可有效地减少覆盖全口径所需的子孔径数目，增加各子孔径和重叠区域的有效面积，解决了由于重叠区很小而影响拼接精度的难题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学检测
，具体涉及一种采用变形镜的拼接干涉检测非球面 面形的装置及方法。
技术介绍
干涉检测技术是常用的面形检测技术，它是待测面与参考面的相对检测。参考面 一般都是平面或球面，用它们检测抛光后的平面和球面时不会出现较多的干涉条纹，而用 球面参考面检测非球面，当非球面的斜率较大时干涉条纹密度也较多。当干涉条纹密度超 过干涉仪探测器的奈奎斯特频率时，干涉条纹无法被探测器分辨，导致非球面无法被测量。 针对斜率较大的非球面，采用子孔径拼接干涉检测方法，将斜率较大的非球面划分为多个 小口径的子孔径，使得各子孔径中的干涉条纹可被探测分辨。 但当非球面口径斜率过大时，从中心到边缘的各子孔径可被检测的面积越来越 小，此时需要较多的子孔径才能覆盖整个非球面，降低了检测效率，增加了机械误差、检测 时间和数据处理量等。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种采用变形镜的拼接干涉检测非球面面形的装置及方 法，解决现有技术存在的检测效率低、机械误差大、检测时间长和数据处理量大的问题。结 合变形镜技术与环形子孔径拼接干涉检测法，可有效地减少覆盖全口径所需的子孔径数 目，增加各子孔径有效面积，解决了由于重叠区小而影响拼接精度的难题。 为实现上述目的，本专利技术的采用变形镜的拼接干涉检测非球面面形的装置包括变 形镜补偿系统、干涉检测系统、机械调整机构和计算机数据处理模块； 所述计算机数据处理模块包括变形镜控制单元、多维调整台控制单元、干涉图采 集处理单元、回程误差校正单元和子孔径拼接算法单元； 待检测非球面固定在所述机械调整机构上，所述干涉检测系统通过变形镜补偿系 统补偿与待检测非球面反射光的光程差，所述干涉图采集处理单元和干涉检测系统中的探 测器连接； 所述干涉图采集处理单元与所述变形镜控制单元和回程误差校正单元连接，变形 镜控制单元根据干涉图对变形镜的调节进行闭环反馈，控制多维调整台控制单元对多维调 整台的运动进行闭环反馈控制，探测器采集到的各个子孔径干涉图经所述干涉图采集处理 单元处理，得到各个子孔径返回波前相位，各个子孔径返回波前相位经回程误差校正单元 得到各个子孔径面形信息，各个子孔径面形信息经子孔径拼接算法单元处理得到全口径面 形信息。 所述机械调整机构包括夹持机构和多维调整台，所述待检测非球面通过夹持机构 固定在所述多维调整台上。 所述干涉检测系统为泰曼-格林型干涉仪或菲索型干涉仪。 采用变形镜的拼接干涉检测非球面面形的方法包括以下步骤： 步骤一:搭建采用变形镜的拼接干涉检测非球面面形的装置； 步骤二:系统建模，划分子孔径，并制作各个子孔径的参考文件，具体为： 1)根据待检测非球面的最佳拟合球的曲率半径、最佳拟合球的口径、参考球面的 曲率半径、参考球面的口径和子孔径重叠区域进行子孔径规划； 2)根据检测装置中非球面干涉检测系统的具体器件的参数，在光学设计软件中对 非球面干涉检测系统进行建模，得到系统模型； 3)根据步骤1)对子孔径进行的规划在步骤2)中得到的系统模型中进行子孔径划 分； 4)通过干涉仪检测面形误差ε已知的高精度球面，得到高精度球面面形的测量值 Wsphere-test;在Zemax光学设计软件中模拟理想参考球面对高精度球面进行检测，高精度球面 面形精度检测结果为WsPhere-ldeal，通过公式（1)得到干涉仪系统误差E〗和准直镜制造装配误 差Ef: Ei+Ef - ffsphere-teat-ffsphere-ideal-2 ￡ (1) 5)通过系统模型模拟检测理想非球面任意一个子孔径面形Wasphere-ldeal;将任意一 个子孔径面形Wasph_-ld(3al作为非球面偏离参考球面造成的误差，根据公式(2)得到子孔径 的参考相位: Wreference - ffasphere-ideal+ffsphere-test-ffsphere-ideal-2 ￡ ( 2 )； 步骤三:根据子孔径划分得出检测各子孔径所需多维调整台各轴的运动量对非球 面进行准确定位，并根据系统模型和干涉条纹调整变形镜面形或折射率，直到干涉条纹图 满足检测要求； 步骤四：通过干涉图采集处理单元采集各个子孔径干涉图，利用解包裹算法进行 干涉图相位解调，得到实验中探测器接收到的各子孔径波前相位Wasphere-test; 步骤五:在根据公式(3)计算得到各个子孔径面形easph_: ：Wasphere-test乃丁扎狂奴ΗΙΜ???Wreference为子孔径的参考相位； 步骤六:根据步骤五中得到的各子孔径面形easphe3re3,通过拼接算法减少机械误差 对拼接结果的影响，最终将各子孔径面形数据拼接，得出全口径面形。所述干涉检测系统为泰曼-格林型干涉仪或菲索型干涉仪。步骤三中所述的根据系统模型和干涉条纹调整变形镜面形或折射率，直到干涉条 纹图满足检测要求的具体步骤为：1)根据在光学设计软件中仿真检测得到的探测器处的泽尔尼克像差，当干涉检测 系统选用泰曼-格林干涉仪时，将变形镜的面形设置为泽尔尼克像差的1/2;当干涉检测系 统选用菲索干涉仪时，采用"倒置"的方法计算出补偿非球面所需的折射率分布，计算补偿 非球面所需的相位，P为非球面上的任意一点，过P做非球面的法线，交变形镜后表面为M;光 线PM经变形镜衍射后，交变形镜前表面为N，再折射最后汇聚点为F;其中变形镜的折射率为 ng，周围空气的折射率为na;非球面距变形镜后表面的距离为dl，变形镜厚度为d，F距变形 镜前表面的距离为d2; 根据费马原理，要使非球面上任意一点沿法线出射的光线都汇聚到点F，则有：na |PM| +ng |MN| +na |NF| =nadi+ngd+nad2 由公式(4)计算出变形镜折射率ng:(4) 2)通过干涉检测系统检测子孔径，得到干涉条纹图；3)根据步骤2)中得到的干涉条纹图对变形镜进行步骤1)中的反馈调节，直到干涉 条纹图满足检测要求，变形镜调节完成。步骤六中所述的拼接算法具体为： 1)根据公式(5)计算引入补偿量后子孔径面形. 其中：fk(x，y)为子孔径的补偿因式；L为补偿因式的个数；&如《^为步骤五得到的第i个子孔径的面形；Flk为子孔径补偿因式的补偿系数，由公式(6)所示的最小二乘法求出各子孔径的 补偿系数Flk; 其中，N为子孔径的个数； 子孔径从零开始计数，即第0个子孔径为中心子孔径； ./Π/·. Σ表示仅对与第1个子孔径有重叠区域的第j个子孔径进行计算；2)根据步骤1)得到的各个子孔径面形拼接得到全口径面形，即将所有 相加，重叠区域的面形取各子孔径数据的加权平均值，权重与测量数据的准确性相 关。所述光学设计软件为Zemax软件。本专利技术的有益效果为:本专利技术结合变形镜与子孔径拼接干涉检测法，利用变形镜 产生非球面波前匹配被测面不同子孔径区域，使得检测全口径所需的子孔径数目大大减 少，增加了子孔径面积，从而增加了相邻子孔径的重叠区，减少检测时间、机械误差的累积， 提高检测的效率和精度。有效地解决了由于子孔径面积过低造成的拼接精度低的问题，同 时增加了拼接效率。【附图说明】 图1为本专利技术的采用变形镜的拼接干涉检测非球面面形的装置中采用泰曼-格林 型干涉仪时结构示意图； 图2为本专利技术的采用本文档来自技高网...
【技术保护点】
采用变形镜的拼接干涉检测非球面面形的装置，其特征在于，包括变形镜补偿系统、干涉检测系统、机械调整机构和计算机数据处理模块；所述计算机数据处理模块包括变形镜控制单元(12)、多维调整台控制单元(13)、干涉图采集处理单元(14)、回程误差校正单元和子孔径拼接算法单元；待检测非球面(8)固定在所述机械调整机构上，所述干涉检测系统通过变形镜补偿系统补偿与待检测非球面(8)反射光的光程差，所述干涉图采集处理单元(14)和干涉检测系统中的探测器(6)连接；所述干涉图采集处理单元(14)与所述变形镜控制单元(12)和回程误差校正单元连接，变形镜控制单元(12)根据干涉图对变形镜(4)的调节进行闭环反馈，控制多维调整台控制单元(13)对多维调整台(11)的运动进行闭环反馈控制，探测器(6)采集到的各个子孔径干涉图经所述干涉图采集处理单元(14)处理，得到各个子孔径返回波前相位，各个子孔径返回波前相位经回程误差校正单元得到各个子孔径面形信息，各个子孔径面形信息经子孔径拼接算法单元处理得到全口径面形信息。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张敏，武东城，苗二龙，隋永新，杨怀江，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22
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