用于校正非球面非零位检测时的原理误差的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于校正非球面非零位检测中的原理误差的方法。包括如下步骤：１）对包括被测非球面在内的非球面非零位检测系统进行建模；２）根据被测非球面的理论面形，模拟出上述非球面非零位检测系统的探测器平面上的波前；３）将被测非球面的参数设为变量，利用光线追迹，以非零位检测系统的探测器实际检测得到的波前为目标进行优化；４）判断优化是否结束，若结束，则结束误差校正优化，否则继续等待优化结束，优化结束的条件是由事先设定的检测误差所决定的。本发明专利技术可以实现非球面非零位检测的高精度误差补偿。通过优化迭代进行补偿。理论上来说，本发明专利技术可以实现非球面非零位检测中误差的完全校正，是一种可以实现高精度的补偿方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于校正非球面非零位检测中的原理误差的方法。
技术介绍
由于非球面形状各异，光学非球面检测一直以来都是个难题。经过长期发展， 人们探索出了多种检测非球面的方法。商业非球面检测系统多采用接触式轮廓 仪，它可以实现较高精度的检测。但是由于其属于接触式测量，探针容易对被 测非球面造成损伤，应用上受到很大限制。目前应用最多的非接触检测是采用 零位器件作为辅助工具的零位检测法，其中包括零位补偿镜(如Offner补偿镜、 Dall补偿镜等)法，也有仅适用于二次曲面的无像差点法，以及使用计算全息 图(Computer Generated Holograms)的方法等。这些零位方法同样可以实现较 高精度的检测，但是，由于对于任意一个非球面，都需要一个相应的零位器件 与其对应，通用性差。同时，加工、检测这些零位器件也是一项需要大量时间、 智力和财力投入的工程。由于这些缺点，在对精度要求不是非常高的情况下， 人们更倾向于用非零位检测方法来检测非球面，如长波长法、双波长法、剪切 法、高密度探测器法等。这些方法一定程度上实现了非球面的通用化检测，可 以快速给出检测结果。在通常的非零位非球面检测法中， 一般都套用球面的测量原理，认为探测 器检测得到的波面位相是被测非球面与参考波面偏离的2倍。然而，由于非零位 方法偏离了零位条件，使检测光束从非球面反射回来后不能沿着入射时的光路 返回，造成最后检测系统探测器平面上的波前畸变并不是被测非球面与参考波 面偏离的2倍，而是存在误差。通常，这些误差随被测非球面的口径及相对口 径的增大而增大，同时也将随被测非球面面形的变化而变化，并不能够被预先 确知。这样就导致非球面的非零位检测法的测量精度在原理上就有很大误差。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于校正非球面非零位检测中的原理误差的方法。用于校正非球面非零位检测中的原理误差的方法包括如下步骤1) 对包括被测非球面在内的非球面非零位检测系统进行建模；2) 根据被测非球面的理论面形，模拟出上述非球面非零位检测系统的探测器 平面上的波前；3) 将被测非球面的参数设为变量，利用光线追迹，以非零位检测系统的探测器实际检测得到的波前为目标进行优化；4) 判断优化是否结束，若结束，则结束误差校正优化，否则继续等待优化结 束，优化结束的条件是由事先设定的检测误差所决定的。所述对包括被测非球面在内的非球面非零位检测系统进行建模的方法为-将光学系统中透镜各表面的曲率半径、厚度、彼此的空气间隔以及彼此相对位 置和参数输入到光线追迹软件中。所述根据被测非球面的理论面形，模拟出上述非球面非零位检测系统的探 测器平面上的波前方法为将被测非球面的参数设置为其自身理论值，对光线在光学系统中进行光线追迹，得到探测器平面上的波前。所述非球面非零位检测系统为利用与被测非球面理论值存在偏差的补偿 波面对被测非球面进行补偿，并通过检测补偿返回波面来得到被测非球面面形 的检测系统。本专利技术与现有技术相比具有的有益效果主要体现在其可以实现非球面非零 位检测的高精度误差补偿。现有非球面非零位检测方法基本上都没有进行误差 补偿，而本专利技术通过优化迭代进行补偿。理论上来说，本专利技术可以实现非球面 非零位检测中误差的完全校正，是一种可以实现高精度的补偿方法。 附图说明图1是简要表示采用本专利技术的非球面非零位检测系统原理框图； 图2是表示本专利技术非球面非零位检测误差校正方法的示意图； 图3是表示本专利技术非球面非零位检测误差校正方法的流程图4是本专利技术应用于一基于麦克尔逊干涉仪的非球面非零位检测系统的原 理图5是根据对图4中系统建立的系统模型，由被测非球面的理论面形，模 拟出的上述非球面非零位检测系统的探测器平面上的波前(设为K );图6是基于麦克尔逊干涉仪的非球面非零位检测系统在探测器上实际检测 得到的波前(设为『》；图7是利用实施例中系统的模型，由被测非球面理论值出发，以非球面非 零位检测系统在探测器上实际检测得到的波前(示于图6)，通过实施例中的优 化方法得到的非球面的真正面形(设为AW)。 具体实施例方式在附图中，图l简要表示了采用本专利技术的非球面非零位检测系统原理框图。平行光经过补偿透镜3产生补偿波面2对被测非球面1进行补偿。补偿后返回 的波面进入波前检测光学系统4后，最终到达探测器5。补偿透镜3可以是消球差透镜，这样产生的补偿波面2即为球面波；也可 以是任意一种可以产生能够对被测非球面1进行补偿的波面的透镜。波前检测光学系统4为任何一种可以对波前进行检测的光学系统，其作用 是传递从非球面反射回来并从补偿透镜3出射的波面，使该波面保持原来的形 状或经过确定的变化后到达探测器5，以进行检测。非球面检测系统要检测的就是非球面1相对于其自身设计理论面形的偏差， 可设为^;。在非球面的非零位检测中， 一般都套用球面检测原理，认为检测 系统的探测器5检测得到的波前(设为『)为非球面1相对于透镜3所产生的 补偿波面『 的偏差的2倍，即<formula>formula see original document page 5</formula> (1)于是，被测非球面的面形误差为<formula>formula see original document page 5</formula> (2) 可以看出，这种数据处理方法存在很大的问题。由于非零位方法偏离了零位条 件，使检测光束从非球面反射回来后不能沿着入射时的光路返回，造成最后检 测系统探测器平面上的波前并不是被测非球面与参考波面偏差的2倍，而是存 在误差。通常，这些误差随被测非球面的口径及相对口径的增大而增大，同时 也将随被测非球面面形的变化而变化，并不能够被预先确知。这样就导致非球 面的非零位检测法的测量精度在原理上就有很大误差。本专利技术提出的可，便可以 校正这种非球面非零位检测中的原理性误差。图2为本专利技术非球面非零位检测误差校正方法的示意图。利用任意非零干 涉仪检测得到探测器平面的波前，经过误差校正模块对误差进行校正后，即可 得到被测非球面面形。图3为本专利技术非球面非零位检测误差校正模块的流程图。 用于校正非球面非零位检测中的原理误差的方法包括如下步骤 l)对包括被测非球面在内的非球面非零位检测系统进行建模； 建模的方法就是将光学系统中透镜各表面的曲率半径、厚度、彼此的空气 间隔以及彼此相对位置和参数输入到光线追迹软件中。光学系统中的元件参数 包括光源的输出波长、准直扩朿系统个元件的曲率半径和面形质量、 分光镜的厚度、面形以及放置位置、用于产生补偿波面的透镜的各镜片的曲率半径、厚度以及各自之间的空气 间隔、被测非球面的理论值、成像透镜的各镜片的曲率半径、厚度以及各自之间的空气间隔、 探测器平面的参数和位置以及上述所有器件彼此之间的相对位置和间隔。光线追迹将可以在现有的任意一种光学设计软件中进行，如ZEMAX，CODE V等，也可以是自行编写的程序。2) 根据被测非球面的理论面形，模拟出上述非球面非零位检测系统的探测器 平面上的波前；所述根据被测非球面的理论面形，模拟出上述非球面非零位检测系统的探 测器平面上的波前方法为将被测非球面的参数设置为其自身理论值，对光线在 光学系统中进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于校正非球面非零位检测中的原理误差的方法，其特征在于包括如下步骤：１）对包括被测非球面在内的非球面非零位检测系统进行建模；２）根据被测非球面的理论面形，模拟出上述非球面非零位检测系统的探测器平面上的波前；３）将被测非球面的参数设为变量，利用光线追迹，以非零位检测系统的探测器实际检测得到的波前为目标进行优化；４）判断优化是否结束，若结束，则结束误差校正优化，否则继续等待优化结束，优化结束的条件是由事先设定的检测误差所决定的。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘东，杨甬英，田超，卓永模，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]