專利名稱：用于非球面子孔徑拼接測量的近零位補償器及面形測量儀和測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于非球面測量的近零位補償器及面形測量儀和測量方法。
背景技術(shù)：
光學(xué)非球面在現(xiàn)代望遠(yuǎn)鏡、光刻物鏡等光學(xué)系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，隨著前述光學(xué)系統(tǒng)性能要求的不斷提高，大口徑和高精度是其中非球面的主要特征。非球面的面形誤差常用波面干涉儀進行檢測，但是對于大口徑非球面，由于偏離理想球面的誤差也即非球面度太大，其遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了波面干涉儀的垂直測量范圍，這導(dǎo)致形成的干涉條紋太密而無 法解析。采用補償器可以將干涉儀的測試球面波前變換成與被測非球面匹配的非球面波前，從而實現(xiàn)干涉檢測的目的，但是補償檢驗要求補償器補償后的剩余像差很小，例如達到入/100PV(峰谷值)，因而非球面形狀參數(shù)稍微發(fā)生變化即可能要求重新設(shè)計補償器，即一種補償器只能適應(yīng)一種特定的非球面面形。對于望遠(yuǎn)鏡中常用作次鏡的凸非球面反射鏡，采用補償法檢驗時，所設(shè)計的補償器本身通常就包含了非球面，制造成本和工藝復(fù)雜性都較高，而且受到補償器的材料和制造技術(shù)等限制，一般不適用于大口徑凸非球面反射鏡。CN101251435A號中國專利文獻中公開了一種“大型光學(xué)鏡面的子孔徑拼接工作站”，其包括干涉儀五維運動調(diào)整平臺、位于調(diào)整平臺前方的被測鏡兩維傾斜調(diào)整平臺以及裝設(shè)于相應(yīng)平臺上的激光波面干涉儀等，該子孔徑拼接工作站主要用于對大型光學(xué)鏡面實施子孔徑拼接干涉測量。該子孔徑拼接工作站主要采用子孔徑拼接測量方法，通過依次測量鏡面上不同位置但相互有重疊的一系列子孔徑，利用子孔徑拼接算法獲得全口徑的面形誤差，不需要補償器等輔助光學(xué)元件，能夠直接測量非球面度不大的非球面，同時還能增大可測口徑范圍。然而，該技術(shù)方案要求所有子孔徑能夠覆蓋被測鏡面，且每個子孔徑的非球面度需減小到波面干涉儀的垂直測量范圍之內(nèi)，以便直接用球面干涉儀測量子孔徑時可以解析干涉條紋，因此該技術(shù)方案一般不適用于非球面度較大的非球面。為了滿足該技術(shù)方案的檢測要求，一些大口徑非球面必須劃分成上百個子孔徑，以減小每個子孔徑的非球面度，這帶來了測量過程太復(fù)雜、易受環(huán)境干擾、測量精度較低等問題。Chen和Dai 等在“Calculation of subaperture aspheric departure in lattice design forsubaperture stitching interferometry，，(Optical Engineering,49(2) :023601-1 5,2010)中演示了用一個100mm 口徑的球面干涉儀測量一個360mm 口徑的凸非球面時，可能需要142個子孔徑。為了減小所需子孔徑的數(shù)目，降低測量復(fù)雜性，在子孔徑測量時可以引入補償器，但是與常規(guī)的零位補償器不同，只要求子孔徑補償后的剩余像差減小到波面干涉儀的垂直測量范圍之內(nèi)(例如10XPV)，此時的補償器稱之為近零位補償器。由于非球面子孔徑測量時，涉及不同位置的子孔徑，需要補償?shù)南癫钜膊煌?，因此一般還要求近零位補償器的像差補償能力可調(diào)。
CN1587950A號中國專利文獻公開了“一種用部分補償透鏡實現(xiàn)非球面面形的干涉測量方法”，該技術(shù)方案中提出部分補償透鏡實現(xiàn)非球面面形測量，其仍然采用傳統(tǒng)的透鏡式補償器，只適用于回轉(zhuǎn)對稱的非球面，不能用于非球面的離軸子孔徑；而且補償器的像差補償能力不可調(diào)，因而適應(yīng)性不夠好。CN1746648A號中國專利文獻公開了“一種大口徑深型非球面鏡檢測系統(tǒng)”，該技術(shù)方案中提出利用部分補償器進行環(huán)帶子孔徑拼接測量，可以解決大口徑深型非球面所需環(huán)帶子孔徑數(shù)目多的問題。該技術(shù)方案同樣只能適用于回轉(zhuǎn)對稱凹非球面，不適用于非球面的離軸子孔徑。此外，美國QED Technologies 公司在“Subaperture stitching interferometryof high-departure aspheres by incorporating a variable optical null，， (CIRPAnnals-Manufacturing Technology, 59 :547-550,2010)和 US 2009/0251702A1 號美國專利文獻中提出了一種應(yīng)用近零位補償器實現(xiàn)大非球面度的非球面子孔徑拼接測量的方法， 該方法是采用一對Risley棱鏡，即一對具有一定楔角的楔形平板，兩個平板相向回轉(zhuǎn)時可以改變光程差，主要引入彗差；調(diào)整兩個平板相對波面干涉儀光軸的整體傾斜，主要引入像散。通過這兩個調(diào)整自由度，產(chǎn)生大小可調(diào)的像差，實現(xiàn)不同非球面上不同位置子孔徑的部分像差補償，從而可對子孔徑進行干涉檢測；然后采用拼接算法得到全口徑的檢測結(jié)果。以上方法的缺點是需要兩個調(diào)整自由度，對回轉(zhuǎn)和傾斜調(diào)整的精度要求很高，對準(zhǔn)比較困難；并且由于需要調(diào)整補償器的整體傾斜(可能達到40°傾斜)，要求波面干涉儀與被測鏡面之間預(yù)留足夠多的空間，這不利于測試光路安排。Acosta和 Bard 在“Variable aberration generators using rotate Zernikeplates，，(J. Opt. Soc. Am. A, 22 (9) : 1993-1996，2005)中指出，一對回轉(zhuǎn)的 Zernike 相位板可以產(chǎn)生大小變化的純Zernike模式，可應(yīng)用于視覺像差計的校準(zhǔn)。該理論構(gòu)想并沒有應(yīng)用于光學(xué)面形測量，原因是光學(xué)面形的補償檢驗要求完全補償非球面的像差，因此不同非球面需要專門設(shè)計不同形狀的補償器或不同相位函數(shù)的計算機生成全息圖(CGH)。其次，因為只需要產(chǎn)生單一的固定的像差，用于光學(xué)補償檢驗的CGH通常只需采用一片，不需要成對使用，后者由于衍射效率問題會降低干涉條紋的對比度，衍射干擾級次增多，這些技術(shù)問題都需要采用其他技術(shù)予以克服。此外，將一對回轉(zhuǎn)的相位板用于光學(xué)面形測量，相位函數(shù)的設(shè)計與傳統(tǒng)補償檢驗的CGH相位函數(shù)設(shè)計的方法不同，傳統(tǒng)設(shè)計方法是根據(jù)單一的固定的被測非球面，計算非球面波前傳播到相位板的光學(xué)波前形狀，以及從相位板出射并最終到達理想像點位置的光學(xué)波前的形狀，兩者之差確定了相位函數(shù)；而采用一對相位板時，因為沒有完全補償非球面的像差，相位函數(shù)并非完全由入射與出射的光學(xué)波前形狀所確定，還要能夠補償不同非球面上不同離軸位置的子孔徑的大部分像差，此時相位函數(shù)需要采用新的設(shè)計方法來確定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊、實用性和可操作性都大大提高的用于非球面子孔徑拼接測量的近零位補償器，還提供一種結(jié)構(gòu)簡化、空間緊湊、低成本、高精度、適應(yīng)性強的用于非球面子孔徑拼接測量的面形測量儀，還提供一種該面形測量儀進行非球面子孔徑拼接測量的方法。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為一種用于非球面(特別是凸非球面)子孔徑拼接測量的近零位補償器，所述近零位補償器主要由一對相向回轉(zhuǎn)的計算機生成全息(CGH)相位板組成，所述相位板的相位函數(shù)由以下Zernike多項式的25(45°方向的像散與離焦)和Z7 (彗差與Y-傾斜)兩項組成
aZ5 =ap2 sin (20);
bZ 7 = b\3 p - 2 Jp sin O其中，p為歸一化孔徑坐標(biāo)的極半徑，0為歸一化孔徑坐標(biāo)的方位角，a為Z5多項式系數(shù)，b為Z7多項式系數(shù)；兩個所述相位板的Z5多項式系數(shù)互為相反數(shù)，兩個所述相位板的Z7多項式系數(shù)互為相反數(shù)，所述a和b的取值大小由離軸子孔徑(離軸子孔徑是沿X方向離軸的)的像差(像差可用Zemax軟件計算)確定；所述相位板安裝在一對相向回轉(zhuǎn)的中空精密轉(zhuǎn)臺上(轉(zhuǎn)臺的中空孔徑不小于相位板的有效口徑)，且所述相位板的光軸與所述中空精密轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)軸線重合。上述技術(shù)方案中，通過計算被測非球面鏡上不同離軸距離的各離軸子孔徑的像差，獲得其中對應(yīng)Zernike多項式的Z4 (0度方向的像散與離焦)和Z6 (彗差與X-傾斜)的兩項系數(shù)，取其一半，分別用Xi和Yi表示，i = 1,2,…，n為離軸子孔徑的序號，則求解非線性方程組
「X,. = 2xn sin(2yv)。 . Wb, =2少0 sm(yj得到的Xtl和即為相位板的相位函數(shù)中對應(yīng)多項式Z5和Z7的系數(shù)，Y i是測量第i個子孔徑時對應(yīng)的相位板繞光軸順時針方向的回轉(zhuǎn)角度；另一個相位板則取相反數(shù)，即對應(yīng)多項式Z5和Z7的系數(shù)分別為-Xtl和-y(l，回轉(zhuǎn)角度為繞光軸逆時針方向回轉(zhuǎn)Yi。實際測量時的回轉(zhuǎn)角度大小還應(yīng)在上述計算值Yi的基礎(chǔ)上，根據(jù)準(zhǔn)確的光學(xué)設(shè)計模型進行微調(diào)，進一步減小子孔徑的剩余像差。當(dāng)近零位補償器用于另一個面形的被測非球面鏡時，相位板的相位函數(shù)保持不變，通過合理布局子孔徑的位置，并調(diào)整兩個相位板的相向回轉(zhuǎn)角度，同樣能夠補償各個離軸子孔徑的大部分像差，實現(xiàn)近零位子孔徑測量。作為一個總的技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種用于非球面子孔徑拼接測量的面形測量儀，所述面形測量儀包括波面干涉儀、干涉儀位姿調(diào)整組件、待測鏡面安裝座、待測鏡面位姿調(diào)整組件、上述的近零位補償器以及補償器位姿調(diào)整組件，所述波面干涉儀安裝在所述干涉儀位姿調(diào)整組件上，所述待測鏡面安裝座裝設(shè)在所述待測鏡面位姿調(diào)整組件上，所述近零位補償器置于所述波面干涉儀和待測鏡面安裝座之間且裝設(shè)在所述補償器位姿調(diào)整組件上，所述中空精密轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)軸線與所述波面干涉儀的光軸重合。上述的用于非球面子孔徑拼接測量的面形測量儀，優(yōu)選的，所述干涉儀位姿調(diào)整組件主要由空間正交方向上的三軸平移運動平臺和裝設(shè)于該三軸平移運動平臺上的偏擺轉(zhuǎn)臺組成。該三軸平移運動平臺上一般有三軸平移量的數(shù)字顯示，可采用電動控制方式，可用步進電機或伺服電機驅(qū)動。所述偏擺轉(zhuǎn)臺上一般有偏擺角度的數(shù)字顯示，也可采用電動控制方式，用步進電機或伺服電機驅(qū)動。上述的用于非球面子孔徑拼接測量的面形測量儀，優(yōu)選的，所述近零位補償器下方設(shè)有補償器位姿調(diào)整組件，所述近零位補償器裝設(shè)在該補償器位姿調(diào)整組件上，所述補償器位姿調(diào)整組件主要由一沿著所述波面干涉儀光軸方向運動的平移臺構(gòu)成，所述補償器位姿調(diào)整組件安裝在所述偏擺轉(zhuǎn)臺上。所述平移臺一般有平移量的數(shù)字顯示，采用電動控制方式，可用步進電機或伺服電機驅(qū)動。上述的用于非球面子孔徑拼接測量的面形測量儀，優(yōu)選的，所述待測鏡面位姿調(diào)整組件主要由一精密回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺構(gòu)成，所述精密回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)軸線與安裝在待測鏡面安裝座上的被測非球面鏡的光軸重合。所述精密回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺一般有回轉(zhuǎn)角度的數(shù)字顯示，采用電動控制方式，可用伺服電機驅(qū)動。作為一個總的技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種用上述的面形測量儀對非球面子孔徑進行拼接測量的方法，包括以下步驟(I)安裝被測非球面鏡將一被測非球 面鏡劃分成若干相互有重疊的子孔徑，與此同時，將該被測非球面鏡裝設(shè)在所述待測鏡面安裝座上；(2)單個子孔徑測量通過調(diào)整所述干涉儀位姿調(diào)整組件、補償器位姿調(diào)整組件以及待測鏡面位姿調(diào)整組件，使所述波面干涉儀發(fā)出的測試光束經(jīng)過所述近零位補償器后，對準(zhǔn)到被測非球面鏡上的某一子孔徑區(qū)域，此時通過相向回轉(zhuǎn)所述中空精密轉(zhuǎn)臺調(diào)整所述相位板的相向回轉(zhuǎn)角度，使所述近零位補償器產(chǎn)生相應(yīng)大小的彗差和像散，以補償被測的該子孔徑的大部分像差，使得該子孔徑的剩余像差減小到所述波面干涉儀的垂直測量范圍之內(nèi)(例如峰谷值IOX，A為波面干涉儀光源的波長)；記錄該子孔徑測量時各位姿調(diào)整組件的運動軸的參數(shù)，并與該子孔徑的測量數(shù)據(jù)一同保存；(3)多個子孔徑測量按照上述步驟(2)的操作方法，對所述被測非球面鏡上其余不同位置處的各個子孔徑分別進行測量；(4)拼接處理根據(jù)上述步驟⑵和步驟(3)中保存的各子孔徑對應(yīng)的運動軸的參數(shù)和測量數(shù)據(jù)，采用常規(guī)的子孔徑拼接數(shù)據(jù)處理方法進行數(shù)據(jù)處理，最后得到所述被測非球面鏡的面形誤差。上述方法的步驟(2)和步驟(3)中，在調(diào)整所述相位板的相向回轉(zhuǎn)角度時，控制兩個相位板的回轉(zhuǎn)角度大小相等且方向相反。上述的方法中，所述子孔徑拼接數(shù)據(jù)處理方法優(yōu)選包括以下步驟結(jié)合光學(xué)追跡與剛體位姿變換，建立所述各子孔徑測量數(shù)據(jù)與重疊區(qū)域偏差平方和的數(shù)學(xué)關(guān)系，通過迭代優(yōu)化，確定最優(yōu)的6自由度位姿參數(shù)以及離焦系數(shù)，使得各所述子孔徑的重疊區(qū)域偏差平方和最小，進而獲得被測非球面鏡的面形誤差。上述的方法中，所述單個子孔徑測量可以是包括被測非球面鏡上中心子孔徑的測量或單個離軸子孔徑的測量。上述的方法中，所述多個子孔徑測量時，優(yōu)選按照各子孔徑距離被測非球面鏡光軸的距離由近及遠(yuǎn)、逐個逐圈進行測量。本發(fā)明的上述技術(shù)方案主要是以下技術(shù)思路的擴展基于Zernike多項式的回轉(zhuǎn)特性，通過在一對相向回轉(zhuǎn)的相位板上疊加由Zernike多項式的Z5(45度方向的像散與離焦)和乙(彗差與Y-傾斜)兩項組成的多項式相位函數(shù)，產(chǎn)生大小可調(diào)的彗差和像散，以補償不同形狀的非球面上不同離軸位置的子孔徑的大部分像差；再通過多軸位姿調(diào)整組件，將波面干涉儀發(fā)出的測試光束經(jīng)過相位板補償后對準(zhǔn)被測子孔徑，實現(xiàn)近零位子孔徑拼接測量；通過迭代優(yōu)化確定被測鏡面或近零位補償器的6自由度位姿參數(shù)以及離焦系數(shù)，使得重疊區(qū)域的偏差平方和最小，獲得被測非球面的面形誤差的最佳估計。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于I.本發(fā)明的近零位補償器通過調(diào)整一對相向回轉(zhuǎn)的Zernike相位板的回轉(zhuǎn)角度，產(chǎn)生大小可調(diào)的彗差和像散，實現(xiàn)不同形狀非球面在不同位置的子孔徑的大部分像差的補償。本發(fā)明的近零位補償器與現(xiàn)有技術(shù)中所采用的一對Risley棱鏡存在本質(zhì)區(qū)別，由于本發(fā)明的近零位補償器只需要調(diào)整回轉(zhuǎn)角度，不僅制作成本低廉，且機械精度更容易保證，而且整個結(jié)構(gòu)更加簡單緊湊，完全可適用于波面干涉儀與被測鏡面之間間隙較短的情況，實用性和可操作性都大大提高。2.本發(fā)明的近零位補償器的Zernike相位板可采用CGH實現(xiàn)，CGH的圖案除了用作像差補償?shù)牟糠滞?，還可以很方便地在同一個基板上制作對準(zhǔn)圖案，用于對準(zhǔn)相位板與波面干涉儀的初始位置以及兩個相位板之間的初始位置，從而簡化了子孔徑測量的校準(zhǔn)與對準(zhǔn)過程，提高了測量精度。
3.本發(fā)明的面形測量儀上由于裝設(shè)有本發(fā)明的近零位補償器，其結(jié)構(gòu)更加簡化，空間更為緊湊，近零位補償器所需的操作及安裝空間減小，運動系統(tǒng)也得到進一步簡化，制造成本也相應(yīng)降低；由于近零位補償器不涉及補償器的整體傾斜調(diào)整，因而避免了圓形孔徑畸變?yōu)闄E圓形的問題。4.本發(fā)明用于非球面的近零位子孔徑拼接測量方法中，一共需要8軸數(shù)控，比現(xiàn)有技術(shù)中的傳統(tǒng)方案減少了 3軸；本發(fā)明的測量方法結(jié)合光學(xué)追跡與剛體位姿變換，通過迭代優(yōu)化的子孔徑拼接算法，能夠在更大范圍內(nèi)補償被測非球面或近零位補償器的6自由度位姿誤差的影響，因而降低了對各個數(shù)控軸的運動精度要求。


圖I為本發(fā)明實施例I中的近零位補償器的立體圖。圖2為本發(fā)明實施例I中近零位補償器的一對回轉(zhuǎn)相位板的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明實施例I中的面形測量儀的立體圖。圖4為本發(fā)明實施例I中凸非球面上子孔徑劃分示意圖。圖5為本發(fā)明實施例I中計算凸非球面上某子孔徑的像差的Zemax模型。圖6為本發(fā)明實施例2中利用光學(xué)追跡確定子孔徑的物像坐標(biāo)對應(yīng)關(guān)系的原理圖。圖7為本發(fā)明實施例I中設(shè)計的Zernike第一相位板的相位函數(shù)。圖8為本發(fā)明實施例I中設(shè)計的Zernike第二相位板的相位函數(shù)。圖9為本發(fā)明實施例I中凸非球面上從中心往外第一圈子孔徑的初始像差圖。圖10為本發(fā)明實施例I中凸非球面上從中心往外第二圈的子孔徑的初始像差圖。圖11為本發(fā)明實施例I中凸非球面上從中心往外第三圈的子孔徑的初始像差圖。圖12為本發(fā)明實施例I中凸非球面上從中心往外第一圈子孔徑補償后的剩余像差。圖13為本發(fā)明實施例I中凸非球面上從中心往外第二圈子孔徑補償后的剩余像差。圖14為本發(fā)明實施例I中凸非球面上從中心往外第三圈子孔徑補償后的剩余像差。圖例說明I.近零位補償器；11.相位板；111.第一相位板；1111.第一相位板中心區(qū)域；1112.第一相位板邊緣區(qū)域；112.第二相位板；1121.第二相位板中心區(qū)域；1122.第二相位板邊緣區(qū)域；12.補償器位姿調(diào)整組件；13.中空精密轉(zhuǎn)臺；131.第一中空精密轉(zhuǎn)臺；132.第二中空精密轉(zhuǎn)臺；21.波面干涉儀；211.光軸；212.波面干涉儀鏡頭；22.干涉儀位姿調(diào)整組件；221. Z軸組件；222. X軸組件；223. Y軸組件；224.偏擺轉(zhuǎn)臺；3.被測非球面鏡；31.待測鏡面安裝座；32.待測鏡面位姿調(diào)整組件；321.回轉(zhuǎn)軸線；33.被測非球面鏡光軸；34.名義模型。
具體實施例方式以下結(jié)合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步描述。實施例I :如圖I和圖2所示，一種本發(fā)明的用于非球面子孔徑拼接測量的近零位補償器1，該近零位補償器I主要由一對相向回轉(zhuǎn)的計算機生成全息(CGH)相位板11(包括第一相位板111和第二相位板112)組成，相位板11的相位函數(shù)由以下Zernike多項式的&(45°方向的像散與離焦)和Z7 (彗差與Y-傾斜)兩項組成]
權(quán)利要求
1.一種用于非球面子孔徑拼接測量的近零位補償器，其特征在于，所述近零位補償器主要由一對相向回轉(zhuǎn)的計算機生成全息相位板組成，所述相位板的相位函數(shù)由以下Zernike多項式的Z5和Z7兩項組成aZ 5 = ap2 sin (20)7 = 6 (3p2 - l)p sin O 其中，p為歸一化孔徑坐標(biāo)的極半徑，0為歸一化孔徑坐標(biāo)的方位角，a為Z5多項式系數(shù)，b為Z7多項式系數(shù)；兩個所述相位板的Z5多項式系數(shù)互為相反數(shù)，兩個所述相位板的Z7多項式系數(shù)互為相反數(shù)，所述a和b的取值大小由離軸子孔徑的像差確定；所述相位板安裝在一對相向回轉(zhuǎn)的中空精密轉(zhuǎn)臺上，且所述相位板的光軸與所述中空精密轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)軸線重合。
2.一種用于非球面子孔徑拼接測量的面形測量儀，其特征在于所述面形測量儀包括波面干涉儀、干涉儀位姿調(diào)整組件、待測鏡面安裝座、待測鏡面位姿調(diào)整組件、權(quán)利要求I所述的近零位補償器以及補償器位姿調(diào)整組件，所述波面干涉儀安裝在所述干涉儀位姿調(diào)整組件上，所述待測鏡面安裝座裝設(shè)在所述待測鏡面位姿調(diào)整組件上，所述近零位補償器置于所述波面干涉儀和待測鏡面安裝座之間且裝設(shè)在所述補償器位姿調(diào)整組件上，所述中空精密轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)軸線與所述波面干涉儀的光軸重合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于非球面子孔徑拼接測量的面形測量儀，其特征在于所述干涉儀位姿調(diào)整組件主要由空間正交方向上的三軸平移運動平臺和裝設(shè)于該三軸平移運動平臺上的偏擺轉(zhuǎn)臺組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于非球面子孔徑拼接測量的面形測量儀，其特征在于所述補償器位姿調(diào)整組件主要由一沿著所述波面干涉儀光軸方向運動的平移臺構(gòu)成，所述補償器位姿調(diào)整組件安裝在所述偏擺轉(zhuǎn)臺上。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的用于非球面子孔徑拼接測量的面形測量儀，其特征在于所述待測鏡面位姿調(diào)整組件主要由一精密回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺構(gòu)成，所述精密回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)軸線與安裝在待測鏡面安裝座上的被測非球面鏡的光軸重合。
6.一種用權(quán)利要求4或5所述的面形測量儀對非球面子孔徑進行拼接測量的方法，包括以下步驟 (1)安裝被測非球面鏡將一被測非球面鏡劃分成若干相互有重疊的子孔徑，與此同時，將該被測非球面鏡裝設(shè)在所述待測鏡面安裝座上； (2)單個子孔徑測量通過調(diào)整所述干涉儀位姿調(diào)整組件、補償器位姿調(diào)整組件以及待測鏡面位姿調(diào)整組件，使所述波面干涉儀發(fā)出的測試光束經(jīng)過所述近零位補償器后，對準(zhǔn)到被測非球面鏡上的某一子孔徑區(qū)域，此時通過相向回轉(zhuǎn)所述中空精密轉(zhuǎn)臺調(diào)整所述相位板的相向回轉(zhuǎn)角度，使所述近零位補償器產(chǎn)生相應(yīng)大小的彗差和像散，以補償被測的該子孔徑的大部分像差，使得該子孔徑的剩余像差減小到所述波面干涉儀的垂直測量范圍之內(nèi)；記錄該子孔徑測量時各位姿調(diào)整組件的運動軸的參數(shù)，并與該子孔徑的測量數(shù)據(jù)一同保存； (3)多個子孔徑測量按照上述步驟(2)的操作方法，對所述被測非球面鏡上其余不同位置處的各個子孔徑分別進行測量；(4)拼接處理根據(jù)上述步驟(2)和步驟(3)中保存的各子孔徑對應(yīng)的運動軸的參數(shù)和測量數(shù)據(jù)，采用常規(guī)的子孔徑拼接數(shù)據(jù)處理方法進行數(shù)據(jù)處理，最后得到所述被測非球面鏡的面形誤差。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述步驟(2)和步驟(3)中，在調(diào)整所述相位板的相向回轉(zhuǎn)角度時，控制兩個相位板的回轉(zhuǎn)角度大小相等且方向相反。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述子孔徑拼接數(shù)據(jù)處理方法包括以下步驟結(jié)合光學(xué)追跡與剛體位姿變換，建立所述各子孔徑測量數(shù)據(jù)與重疊區(qū)域偏差平方和的數(shù)學(xué)關(guān)系，通過迭代優(yōu)化，確定最優(yōu)的6自由度位姿參數(shù)以及離焦系數(shù)，使得各所述子孔徑的重疊區(qū)域偏差平方和最小，進而獲得被測非球面鏡的面形誤差。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述單個子孔徑測量包括被測非球面鏡上中心子孔徑的測量或單個離軸子孔徑的測量。
10.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述多個子孔徑測量時，按照各子孔徑距離被測非球面鏡光軸的距離由近及遠(yuǎn)、逐個逐圈進行測量。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于非球面子孔徑拼接測量的近零位補償器，其主要由一對相向回轉(zhuǎn)的CGH相位板組成，相位函數(shù)由Zernike多項式的Z5和Z7兩項組成，兩個多項式系數(shù)均互為相反數(shù)，且取值大小由離軸子孔徑的像差確定；相位板安裝在一對中空精密轉(zhuǎn)臺上，且其光軸與轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)軸線重合。本發(fā)明還提供一種面形測量儀，包括波面干涉儀、待測鏡面安裝座、前述近零位補償器以及各個位姿調(diào)整組件，近零位補償器的光軸與波面干涉儀的光軸重合。本發(fā)明的非球面子孔徑進行拼接測量的方法包括以下步驟先安裝被測非球面鏡，再利用面形測量儀進行各個子孔徑的測量，最后進行拼接處理。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡化、空間緊湊、低成本、高精度、適應(yīng)性強等優(yōu)點。
文檔編號G01B11/24GK102661719SQ20121011094
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月16日
發(fā)明者彭小強, 彭揚林, 戴一帆, 李圣怡, 謝超, 陳善勇 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)