本發(fā)明涉及光學(xué)測量，更具體的涉及一種光學(xué)元件面形檢測方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、非球面光學(xué)元件在設(shè)計時提供了比球面更多自由度，因此其在校正系統(tǒng)像差，改善像質(zhì)以及輕量化設(shè)計方面有重要意義。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)系統(tǒng)的性能不斷提高，對光學(xué)元件的表面質(zhì)量要求也越來越高。然而由于非球面光學(xué)元件的特殊幾何結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的球面測量方法無法進(jìn)行非球面光學(xué)元件的表面形狀測量，因此非球面光學(xué)元件的表面面型測量一直是光學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。

2、目前，非球面光學(xué)元件的面型檢測方法主要分為非干涉法和干涉法。非干涉法的檢測精度通常較低；干涉法具有精度高、非接觸式、全視場等優(yōu)點，可分為零位檢測法和非零位檢測法：零位檢測法利用補(bǔ)償器將入射到被測表面上的測試光波轉(zhuǎn)換成與被測表面標(biāo)稱表面面型相對應(yīng)的非球面波，當(dāng)無表面形狀偏差時，干涉場對應(yīng)于零條紋，但對于傳統(tǒng)的零位檢測方法，需要制造相應(yīng)的補(bǔ)償器來匹配每個非球面，因此，該補(bǔ)償器存在通用性低、成本高、制造周期長等缺點；非零位檢測包括部分補(bǔ)償法與子孔徑干涉法，部分補(bǔ)償法不要求測試光束完全轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的非球面波，只需要補(bǔ)償一部分，滿足采樣定律即可，實質(zhì)是放寬了零位檢測的要求，因此部分補(bǔ)償法具有一定的通用性，但是部分補(bǔ)償?shù)姆秶灿邢?；子孔徑干涉法是將非球面劃分為若干個子孔徑使得每個子孔徑都可解析，再通過算法拼接為完整的面型偏差，但目前的子孔徑干涉法都需要運動的機(jī)械結(jié)構(gòu)來移動待測件或者測量鏡頭，因此會因運動引起誤差。

3、綜上所述，現(xiàn)有非球面面形檢測存在補(bǔ)償鏡通用性差、部分補(bǔ)償法動態(tài)測量范圍小以及子孔徑干涉法有機(jī)械移動誤差等問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實施例提供一種光學(xué)元件面形檢測方法及裝置，用于解決現(xiàn)有非球面面形檢測存在補(bǔ)償鏡通用性差、部分補(bǔ)償法動態(tài)測量范圍小以及子孔徑干涉法有機(jī)械移動誤差等問題。

2、本發(fā)明實施例提供一種光學(xué)元件面形檢測方法，包括：

3、根據(jù)相機(jī)包括的通道數(shù)量確定色散鏡頭待使用的波長的數(shù)量，根據(jù)探測器像面處的第一波前和探測器可分辨條紋的極限得到色散鏡頭的第一焦點可測量區(qū)域、第一極限測量點坐標(biāo)、第一焦距以及與所述第一焦距對應(yīng)的第一波長；

4、將所述第一極限測量點坐標(biāo)確定為所述色散鏡頭的第二焦點可測量區(qū)域的起始點，根據(jù)探測器像面處的第二波前和探測器可分辨條紋的極限得到色散鏡頭的第二焦點可測量區(qū)域、第二極限測量點坐標(biāo)、第二焦距以及與所述第二焦距對應(yīng)的第二波長；當(dāng)?shù)玫剿錾㈢R頭的第m焦距，且m與所述相機(jī)包括的通道數(shù)量相等時，得到所述色散鏡頭，所述m為正整數(shù)；

5、將所述色散鏡頭設(shè)置所述待測非球面入光側(cè)對所述待測非球面進(jìn)行干涉測量，得到包含所述待測非球面信息的干涉圖，對所述干涉圖進(jìn)行相位提取、面形解算得到所述待測非球面的面形信息。

6、優(yōu)選地，所述根據(jù)探測器像面處的第一波前和探測器可分辨條紋的極限得到色散鏡頭的第一焦點可測量區(qū)域、第一極限測量點坐標(biāo)、第一焦距以及與所述第一焦距對應(yīng)的第一波長，具體包括：

7、通過光線追跡軟件確定所述探測器像面和待測非球面之間的幾何關(guān)系，根據(jù)所述幾何關(guān)系得到所述第一焦距、色散鏡頭的第一焦點可測區(qū)域的最大縱坐標(biāo)、待測非球面和色散鏡頭之間的距離和色散鏡頭的第一波前可解析區(qū)域的最大縱坐標(biāo)之間的關(guān)系：

8、

9、所述第一焦點可測區(qū)域如下所示：

10、

11、所述第一極限測量點坐標(biāo)如下所示：

12、

13、其中，x1表示色散鏡頭的第一波前可解析區(qū)域的最大縱向坐標(biāo)，f1表示第一焦距，u1表示色散鏡頭的第一焦點可測區(qū)域的最大縱向坐標(biāo)，d1表示色散鏡頭的第一焦點可測區(qū)域，(u,v)表示色散鏡頭的第一焦點可測區(qū)域內(nèi)的坐標(biāo)，(u1,v1)表示色散鏡頭的第一極限測量點坐標(biāo)，d表示待測非球面和色散鏡頭之間的距離，f1表示色散鏡頭的第一焦距。

14、優(yōu)選地，所述根據(jù)探測器像面處的第一波前和探測器可分辨條紋的極限得到色散鏡頭的第一焦點可測量區(qū)域之前，還包括：

15、根據(jù)待測非球面的頂點曲率半徑、待測非球面的口徑、色散鏡頭的入瞳孔徑通過下列公式確定所述待測非球面和所述色散鏡頭之間的距離：

16、

17、其中，d表示待測非球面和色散鏡頭之間的距離，r0表示待測非球面的頂點曲率半徑，d0表示色散鏡頭的入瞳孔徑，daspheric表示待測非球面的口徑。

18、優(yōu)選地，所述根據(jù)探測器像面處的第一波前和探測器可分辨條紋的極限得到色散鏡頭的第一焦點可測量區(qū)域之前，還包括：

19、根據(jù)奈奎斯特采樣定理通過下列公式確定所述探測器可分辨條紋的極限：

20、

21、所述根據(jù)探測器像面處的第一波前和探測器可分辨條紋的極限得到色散鏡頭的第一波前可解析區(qū)域：

22、

23、其中，d1,d2分別表示探測器像面上兩個相鄰像素點對應(yīng)待測非球面上兩點與測量波前沿x軸方向的偏差值，λ表示波長；w1(x,y)表示色散鏡頭的第一波前可解析區(qū)域，δmax表示探測器可分辨條紋的極限，(x,y)表示色散鏡頭的第一波前可解析區(qū)域內(nèi)的坐標(biāo)，x1表示色散鏡頭的第一波前可解析區(qū)域的最大縱向坐標(biāo)。

24、優(yōu)選地，所述將所述色散鏡頭設(shè)置所述待測非球面入光側(cè)對所述待測非球面進(jìn)行干涉測量，得到包含所述待測非球面信息的干涉圖，具體包括：

25、將所述色散鏡頭和所述待測非球面放置在干涉檢測系統(tǒng)中，所述色散鏡頭位于所述待測非球面入光側(cè)，且所述待測非球面的頂點與所述色散鏡頭的第一焦點之間的距離等于所述待測非球面的頂點曲率半徑；

26、所述色散鏡頭將來自入射方向的多波長復(fù)色平行光聚焦在光軸的不同位置，形成多個不同曲率且與所述待測非球面的不同區(qū)域相匹配的球面波。

27、優(yōu)選地，所述第一波長大于所述第二波長；所述第二波長大于所述第m波長。

28、本發(fā)明實施例提供一種光學(xué)元件面形檢測裝置，包括：

29、第一得到單元，用于根據(jù)相機(jī)包括的通道數(shù)量確定色散鏡頭待使用的波長的數(shù)量，根據(jù)探測器像面處的第一波前和探測器可分辨條紋的極限得到色散鏡頭的第一焦點可測量區(qū)域、第一極限測量點坐標(biāo)、第一焦距以及與所述第一焦距對應(yīng)的第一波長；

30、第二得到單元，用于將所述第一極限測量點坐標(biāo)確定為所述色散鏡頭的第二焦點可測量區(qū)域的起始點，根據(jù)探測器像面處的第二波前和探測器可分辨條紋的極限得到色散鏡頭的第二焦點可測量區(qū)域、第二極限測量點坐標(biāo)、第二焦距以及與所述第二焦距對應(yīng)的第二波長；當(dāng)?shù)玫剿錾㈢R頭的第m焦距，且m與所述相機(jī)包括的通道數(shù)量相等時，得到所述色散鏡頭，所述m為正整數(shù)；

31、第三得到單元，用于將所述色散鏡頭設(shè)置所述待測非球面入光側(cè)對所述待測非球面進(jìn)行干涉測量，得到包含所述待測非球面信息的干涉圖，對所述干涉圖進(jìn)行相位提取、面形解算得到所述待測非球面的面形信息。

32、優(yōu)選地，所述第一得到單元具有用于：

33、通過光線追跡軟件確定所述探測器像面和待測非球面之間的幾何關(guān)系，根據(jù)所述幾何關(guān)系得到所述第一焦距、色散鏡頭的第一焦點可測區(qū)域的最大縱坐標(biāo)、待測非球面和色散鏡頭之間的距離和色散鏡頭的第一波前可解析區(qū)域的最大縱坐標(biāo)之間的關(guān)系：

34、

35、所述第一焦點可測區(qū)域如下所示：

36、

37、所述第一極限測量點坐標(biāo)如下所示：

38、

39、其中，x1表示色散鏡頭的第一波前可解析區(qū)域的最大縱向坐標(biāo)，f1表示第一焦距，u1表示色散鏡頭的第一焦點可測區(qū)域的最大縱向坐標(biāo)，d1表示色散鏡頭的第一焦點可測區(qū)域，(u,v)表示色散鏡頭的第一焦點可測區(qū)域內(nèi)的坐標(biāo)，(u1,v1)表示色散鏡頭的第一極限測量點坐標(biāo)，d表示待測非球面和色散鏡頭之間的距離，f1表示色散鏡頭的第一焦距。

40、本發(fā)明實施例提供一種計算機(jī)設(shè)備，所述計算機(jī)設(shè)備包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機(jī)程序，所述計算機(jī)程序被所述處理器執(zhí)行時，使得所述處理器執(zhí)行上述所述的光學(xué)元件面形檢測方法。

41、本發(fā)明實施例提供種一計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，存儲有計算機(jī)程序，所述計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時，使得所述處理器執(zhí)行上述所述的光學(xué)元件面形檢測方法。

42、本發(fā)明實施例提供一種光學(xué)元件面形檢測方法及裝置，該方法包括：根據(jù)相機(jī)包括的通道數(shù)量確定色散鏡頭待使用的波長的數(shù)量，根據(jù)探測器像面處的第一波前和探測器可分辨條紋的極限得到色散鏡頭的第一焦點可測量區(qū)域、第一極限測量點坐標(biāo)、第一焦距以及與所述第一焦距對應(yīng)的第一波長；將所述第一極限測量點坐標(biāo)確定為所述色散鏡頭的第二焦點可測量區(qū)域的起始點，根據(jù)探測器像面處的第二波前和探測器可分辨條紋的極限得到色散鏡頭的第二焦點可測量區(qū)域、第二極限測量點坐標(biāo)、第二焦距以及與所述第二焦距對應(yīng)的第二波長；當(dāng)?shù)玫剿錾㈢R頭的第m焦距，且m與所述相機(jī)包括的通道數(shù)量相等時，得到所述色散鏡頭，所述m為正整數(shù)；將所述色散鏡頭設(shè)置所述待測非球面入光側(cè)對所述待測非球面進(jìn)行干涉測量，得到包含所述待測非球面信息的干涉圖，對所述干涉圖進(jìn)行相位提取、面形解算得到所述待測非球面的面形信息。該方法通過色散鏡頭將多波長復(fù)色光中不同波長的光聚焦在光軸的不同位置上，形成多個曲率不同的球面波匹配待測非球面的不同區(qū)域，經(jīng)待測面各區(qū)域返回的測試光與標(biāo)準(zhǔn)面返回的參考光干涉形成多波長干涉條紋，使用多通道相機(jī)對各波長的干涉條紋進(jìn)行同步采集，對滿足奈奎斯特采樣定律的區(qū)域進(jìn)行相位解析，通過光學(xué)追跡軟件輔助建模對系統(tǒng)中的回程誤差進(jìn)行去除，得到非球面不同區(qū)域的面型信息并進(jìn)行拼接，從而實現(xiàn)非球面全口徑面型測量。通過該方法提供的色散鏡頭，可以檢測多種不同類型以及不同非球面度的非球面，大大減小了測量成本及檢測周期；在實際測量中，色散鏡頭的裝調(diào)一次完成，不需要每次測量都要調(diào)整，避免了每次測試都需要調(diào)整的問題，節(jié)約了測試時間，進(jìn)一步地，該測量裝置不需要機(jī)械運動，消除了運動機(jī)構(gòu)的誤差。通過本發(fā)明實施例提供的光學(xué)元件面形檢測方法，可以解決現(xiàn)有非球面面形檢測存在補(bǔ)償鏡通用性差、部分補(bǔ)償法動態(tài)測量范圍小以及子孔徑干涉法有機(jī)械移動誤差等問題。