專利名稱：一種環(huán)形凸非球面的快速面形檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)設(shè)計(jì)和光學(xué)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
環(huán)形非球面的方程式可以表示為
權(quán)利要求
1.一種環(huán)形凸非球面的快速面形檢測(cè)方法，其特征是:利用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件，如ZEMAX, CODE V等，通過優(yōu)化仿真出球面波入射到非球面，用大口徑標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡將光線準(zhǔn)直返回時(shí)，得到環(huán)形凸非球面相對(duì)于某一接近的凸雙曲面的波像差，即非球面相對(duì)于雙曲面的理論波像差，將此波像差，在極坐標(biāo)下利用Zernike多項(xiàng)式，取前36項(xiàng)或前37項(xiàng)進(jìn)行擬合，令x=rcos Θ，y=rsin θ ,將極坐標(biāo)下的Zernike方程轉(zhuǎn)化為直角坐標(biāo)下的形式；使用數(shù)字波面干涉儀利用球面鏡頭搭建球面自準(zhǔn)直光路測(cè)量出非球面相對(duì)于雙曲面的波像差，即非球面相對(duì)于這一雙曲面的實(shí)際波像差，這個(gè)實(shí)際波像差用離散的三維矩陣(X，Y, ζ)表示，X，y表示像素的位置，ζ表示對(duì)應(yīng)像素位置波像差的矢高；根據(jù)實(shí)際波像差的三維矩陣，確定實(shí)際波面的有效像素，以此為依據(jù)對(duì)理論波像差(直角坐標(biāo)系下Zernike多項(xiàng)式表示)在直角坐標(biāo)系下進(jìn)行像素劃分，將用Zernike多項(xiàng)式表示的理論波像差轉(zhuǎn)化為矩陣(X’ ,1 ,ζ )的形式，保證與實(shí)際波像差有效像素的分布相同，將實(shí)際波像差的矩陣和理論波像差的矩陣統(tǒng)一到同一坐標(biāo)系下，讓兩個(gè)波像差的像素一一對(duì)應(yīng)，然后將兩個(gè)波像差的矢高做差法運(yùn)算，即Λ ζ = ζ’-ζ，即可得到非球面實(shí)際面形與理論面形的殘差分布，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)形凸非球面的快速面形檢測(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種環(huán)形凸非球面的快速面形檢測(cè)方法，其特征是:為了滿足待檢鏡的遮攔比要求，并且使標(biāo)準(zhǔn)球面鏡的口徑盡可能的小，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)球面鏡的位置、中心孔的大小有一定的要求，它們之間的關(guān)系滿足: / = +/J/#-A22，Klhl= (I1 -1)/(1, +I2 ―也-H21);式中:hk為標(biāo)準(zhǔn)球面中心孔(盲孔)直徑的一半，Ill為待檢鏡有效孔徑的一半，h2為待檢鏡內(nèi)環(huán)(即中心盲區(qū))直徑的一半，I1 = -(a+b) = -r/(l-e)，I2 = a-b = r/(l+e)，a、b分別為接近的凸雙曲面的子午截面曲線(雙曲線)的半長(zhǎng)軸和半短軸，r為待檢鏡頂點(diǎn)曲率半徑，I3為標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡的中心到待檢非球面頂點(diǎn)的距離；標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡的曲率半徑R = +Ii)2 + hk行準(zhǔn)球面反射鏡的口徑為D = 2h2(^ +1)/(α β+l)，其中a =Ii2Ai1, β = I1A2 ;根據(jù)上面的描述可以知道，這些方程中僅Ii1, h2是定值，這還不足以完全確定其它參數(shù)，因此滿足條件的參數(shù)會(huì)有很多組；由于大口徑標(biāo)準(zhǔn)球面鏡難以制造，因此一般會(huì)首先選擇已有的標(biāo)準(zhǔn)球面鏡，確定其參數(shù)，再來確定I1U2U3,從而確定與待測(cè)凸非球面接近的凸雙曲面的參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種環(huán)形凸非球面的快速面形檢測(cè)方法，其特征是:數(shù)字波面干涉儀測(cè)量出非球面相對(duì)于雙曲面的波像差，需要去除平移及傾斜誤差。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種環(huán)形凸非球面的快速面形檢測(cè)方法，其特征是:本檢測(cè)方法檢測(cè)非球面的最大非球面度和非球面度梯度不僅取決于數(shù)字波面干涉儀內(nèi)CCD陣列像元的大小和數(shù)目，還依賴于所選擇的最接近雙曲面的參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種環(huán)形凸非球面的快速面形檢測(cè)方法，基于球面自準(zhǔn)直法利用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件仿真出凸非球面相對(duì)于最接近雙曲面的波像差，在極坐標(biāo)下利用Zernike多項(xiàng)式對(duì)波像差進(jìn)行擬合，將極坐標(biāo)下的波像差方程轉(zhuǎn)化為直角坐標(biāo)下的形式；使用數(shù)字波面干涉儀測(cè)量出非球面相對(duì)于雙曲面的波像差，將實(shí)際波像差的矩陣和理論波像差的矩陣統(tǒng)一到同一坐標(biāo)系下，讓兩個(gè)波像差的像素一一對(duì)應(yīng)，然后將兩個(gè)波像差的矢高做差法運(yùn)算，即可得到非球面實(shí)際面形與理論面形的殘差分布。本檢測(cè)方法檢測(cè)非球面的最大非球面度和非球面度梯度不僅取決于數(shù)字波面干涉儀內(nèi)CCD陣列像元的大小和數(shù)目，還依賴于所選擇的最接近雙曲面的參數(shù)。本發(fā)明具有快速、準(zhǔn)確、檢測(cè)范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。
文檔編號(hào)G01B11/24GK103234480SQ20131013212
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月16日
發(fā)明者程灝波, 潘寶珠, 馮云鵬, 譚漢元, 丁仁強(qiáng) 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)