專利名稱：一種環形凸非球面的快速面形檢測方法
技術領域：
本發明屬于光學設計和光學檢測技術領域。
背景技術：
環形非球面的方程式可以表示為
權利要求
1.一種環形凸非球面的快速面形檢測方法，其特征是:利用光學設計軟件，如ZEMAX, CODE V等，通過優化仿真出球面波入射到非球面，用大口徑標準球面反射鏡將光線準直返回時，得到環形凸非球面相對于某一接近的凸雙曲面的波像差，即非球面相對于雙曲面的理論波像差，將此波像差，在極坐標下利用Zernike多項式，取前36項或前37項進行擬合，令x=rcos Θ，y=rsin θ ,將極坐標下的Zernike方程轉化為直角坐標下的形式；使用數字波面干涉儀利用球面鏡頭搭建球面自準直光路測量出非球面相對于雙曲面的波像差，即非球面相對于這一雙曲面的實際波像差，這個實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表示對應像素位置波像差的矢高；根據實際波像差的三維矩陣，確定實際波面的有效像素，以此為依據對理論波像差(直角坐標系下Zernike多項式表示)在直角坐標系下進行像素劃分，將用Zernike多項式表示的理論波像差轉化為矩陣(X’ ,1 ,ζ )的形式，保證與實際波像差有效像素的分布相同，將實際波像差的矩陣和理論波像差的矩陣統一到同一坐標系下，讓兩個波像差的像素一一對應，然后將兩個波像差的矢高做差法運算，即Λ ζ = ζ’-ζ，即可得到非球面實際面形與理論面形的殘差分布，從而實現環形凸非球面的快速面形檢測。
2.根據權利要求1所述的一種環形凸非球面的快速面形檢測方法，其特征是:為了滿足待檢鏡的遮攔比要求，并且使標準球面鏡的口徑盡可能的小，對標準球面鏡的位置、中心孔的大小有一定的要求，它們之間的關系滿足: / = +/J/#-A22，Klhl= (I1 -1)/(1, +I2 ―也-H21);式中:hk為標準球面中心孔(盲孔)直徑的一半，Ill為待檢鏡有效孔徑的一半，h2為待檢鏡內環(即中心盲區)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)的半長軸和半短軸，r為待檢鏡頂點曲率半徑，I3為標準球面反射鏡的中心到待檢非球面頂點的距離；標準球面反射鏡的曲率半徑R = +Ii)2 + hk行準球面反射鏡的口徑為D = 2h2(^ +1)/(α β+l)，其中a =Ii2Ai1, β = I1A2 ;根據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，因此滿足條件的參數會有很多組；由于大口徑標準球面鏡難以制造，因此一般會首先選擇已有的標準球面鏡，確定其參數，再來確定I1U2U3,從而確定與待測凸非球面接近的凸雙曲面的參數。
3.根據權利要求1所述的一種環形凸非球面的快速面形檢測方法，其特征是:數字波面干涉儀測量出非球面相對于雙曲面的波像差，需要去除平移及傾斜誤差。
4.根據權利要求1所述的一種環形凸非球面的快速面形檢測方法，其特征是:本檢測方法檢測非球面的最大非球面度和非球面度梯度不僅取決于數字波面干涉儀內CCD陣列像元的大小和數目，還依賴于所選擇的最接近雙曲面的參數。
全文摘要
本發明公開了一種環形凸非球面的快速面形檢測方法，基于球面自準直法利用光學設計軟件仿真出凸非球面相對于最接近雙曲面的波像差，在極坐標下利用Zernike多項式對波像差進行擬合，將極坐標下的波像差方程轉化為直角坐標下的形式；使用數字波面干涉儀測量出非球面相對于雙曲面的波像差，將實際波像差的矩陣和理論波像差的矩陣統一到同一坐標系下，讓兩個波像差的像素一一對應，然后將兩個波像差的矢高做差法運算，即可得到非球面實際面形與理論面形的殘差分布。本檢測方法檢測非球面的最大非球面度和非球面度梯度不僅取決于數字波面干涉儀內CCD陣列像元的大小和數目，還依賴于所選擇的最接近雙曲面的參數。本發明具有快速、準確、檢測范圍廣等優點，具有廣闊的市場前景。
文檔編號G01B11/24GK103234480SQ20131013212
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月16日 優先權日2013年4月16日
發明者程灝波, 潘寶珠, 馮云鵬, 譚漢元, 丁仁強 申請人:北京理工大學