[发明专利]球面干涉检测中基于波前差分的高精度调整误差校正方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学元件的干涉检测技术领域，尤其涉及一种在光学球面面形干涉检测中高精度的倾斜和离焦调整误差校正方法。

背景技术

随着光学成像以及光学加工要求的不断提高，对于球面面形的干涉检测精度要求也越来越高。在实际球面干涉检测中，由于机械调节机构存在调整误差等原因，会对待测球面引入一定的调整误差，进而导致在最后得到的检测波面数据中引入倾斜和离焦等调整误差。在传统的待测球面调整误差校正方法中，是利用对测得波面数据进行波面拟合，并在拟合数据中消除对应的常数项、倾斜项和离焦项以实现对调整误差的校正，其中最为常用的方法是对测得波面数据进行37项泽尼克多项式波面拟合（参见）。这种传统的调整误差校正方法的特点是算法简单，容易实现，并且在校正过程中无需精确了解待测球面的曲率半径、口径以及数值孔径等先验信息，能满足待测球面的数值孔径较小或者面形检测精度要求不高的应用要求。但随着对于球面面形检测精度要求的不断提高及待测球面数值孔径的不断增大，传统的调整误差校正方法由于无法校正离焦误差所引入的高阶像差，已不能满足实际的高精度球面面形检测要求。而目前在国内外已公开的关于球面干涉检测的调整误差方法中，都需要一些复杂的辅助工具和手段来获得关于干涉检测系统的特性或者待测球面曲率半径、口径以及数值孔径等先验信息，进而会使得整个调整误差校正过程变得十分繁琐、复杂，并且难以直接应用到现有相关检测系统中。而本发明所提出的一种球面干涉检测中基于波前差分的高精度调整误差校正方法，则很好的解决了该问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有的调整误差校正方法难以满足高精度球面检测的实际应用要求，提供一种球面干涉检测中基于波前差分的高精度调整误差校正方法。

球面干涉检测中基于波前差分的高精度调整误差校正方法的步骤如下：

1) 利用干涉仪测量得到待测球面的一组原始波面数据                                                ，其中为待测面被检区域上的归一化极坐标；

2) 利用五维调整架对待测球面引入另一个微米量级的不同离焦调整误差，再利用干涉仪测量得到另一组原始波面数据；

3) 对步骤1)和步骤2)中得到的两组原始波面数据和取差值，得到波前差分；

4) 对步骤3)得到的波前差分进行37项泽尼克多项式波面拟合，得到离焦项系数、一阶球差项系数、二阶球差项系数和三阶球差项系数，进而得到波前差分的各阶球差项系数与其离焦项系数的比值，其中k=10、21、36；

5) 对步骤1)中的原始波面数据进行37项泽尼克多项式波面拟合，得到常数项系数、方向的倾斜项系数、方向的倾斜项系数和离焦项系数，并根据步骤4)得到的比值，其中k=10、21、36，得到由于待测球面的倾斜、离焦调整调整误差所引入波前像差为

其中k=10、21、36，，，，，，，；

6) 根据步骤5)中待测球面的倾斜、离焦调整调整误差所引入波前像差，消除步骤1)中得到原始波面数据中由于面形测试过程中因倾斜、离焦调整误差而引入的波前像差，得到经校正调整误差后的实际待测波面数据为

其中k=10、21、36。

对于待测球面倾斜调整误差校正方法为：

其中，，，为经校正倾斜调整误差后的待测波面数据；

对于待测球面离焦调整误差校正方法为：

其中k=10、21、36，，，，，，为经校正离焦调整误差后的待测波面数据。

本发明通过测得待测球面对应微米量级的两组不同离焦量的原始波面数据，得到波前差分泽尼克多项式中各阶球差项系数与离焦项系数比值，并由该比值确定原始波面数据对应于离焦误差所引入的高阶球差项系数，进而实现对离焦误差的高精度校正。本发明在无需了解关于干涉仪特性或者待测球面曲率半径、口径以及数值孔径等先验信息的情况下，即可实现对倾斜、离焦调整误差的高精度校正。该方法降低了对待测球面调节机构的精度要求，并在大数值孔径球面的高精度检测中具有非常重要的实际应用价值。

附图说明

图1是离焦误差和光程差OPD的示意图；

图2是经基于波前差分的高精度调整误差校正方法处理后的残余误差与离焦量之间的对应关系；

图3是本发明实施例针对曲率半径R为25mm、数值孔径NA为0.74待测球面镜在干涉仪中检测所得的干涉图；