[发明专利]一种绕光轴旋转对准误差分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种绕光轴旋转对准误差的分析方法，属于先进光学制造与检测领域。

背景技术

随着现代工业技术的快速发展，对光学元件的面形精度要求不断提高。斐索型相移干涉仪为目前高精度面形检测的主要手段，而其检测得到的被测光学元件面形误差是相对于参考面的标准面形而言的，检测精度受限于参考面的面形精度和系统误差，而绝对检测技术则可以通过多次检测数据的相互运算处理去除系统误差，得到不受参考面面形精度影响的被测光学元件的绝对面形，是提高面形检测精度的有效手段。根据被测光学元件的面形不同，绝对检测技术可分为平面、球面和非球面绝对检测。

平面绝对检测技术主要有三面互检法(G Schulz，J Schwider，CHiller，B Kicker，Establishing an Optical Flatness，Standard Applied Optics.1971，10(4)：929～934；G Schulz，J Schwider.Precise Measurement of Plainness.Applied Optics.1967，6(6)：1077～1084)、奇偶函数法(Chiayu Ai，James C Wyant，“Absolute testing of flats decomposed to even and odd function”.SPIE.1992，1776：73～83)和旋转平均法(Chris J Evans，Rovert N.Kestner，“Test optics error removal.Applied Optics”.1996，35(7)：1015～1021)。三面互检法是利用三面两两组合测量，计算出每个平面的绝对面形；奇偶函数法是在传统三面互检法的基础上发展起来的，除了传统三面互检法的三次测量外，还需要将其中一个平面转45度、90度和180度。共六次测量。这种方法将波面分解为偶一奇、奇一偶、偶一偶、奇一奇函数项，再根据六次测量的结果分别求出这四项的值；旋转平均法则是将被测平面做N次360/N度的旋转测量，得到N次测量结果，通过计算可以消除系统的非旋转对称误差。

球面绝对检测技术主要有三位置双球面法(A E Jensen，“Absolute calibration method for laser Twyman-Green wave-front testing interferometers，”J.Opt.Soc.Am.63：1313A，1973.)、五位置双球面法(L A Selberg，“Absolute testing of spherical surfaces，”Optical Fabrication and Testing Workshop，OSA Technical Digest Series 13，181-184，1994.)和平移旋转法(Hajime Ichikawa，Takahiro Yamamoto.“Apparatus and method for wavefront absolute calibration and method of synthesizing wavefronts”，United States Patent，5982490[P]，1999)。三位置双球面法的基本原理是利用被测球面在猫眼位置、共焦位置和180度共焦位置的三次测量数据进行运算处理得到被测球面的绝对面形；五位置双球面法则在三位置法的基础上增加了90度共焦位置和270度共焦位置的两次测量；平移旋转法需要被测光学元件在共焦位置的多次等角度旋转测量数据，外加一次共焦位置的共心平移测量数据，运用这些数据分别解算出被测光学元件面形误差的旋转对称和非对称部分，合成这两部分的计算结果即可得到被测光学元件的绝对面形误差。

非球面绝对检测技术主要是双计算全息法(Stephan Reichelt，“Absolute testing of aspheric surfaces”.SPIE.2004，5252：252～263)，这种方法利用计算全息片分别工作在+1级和-1级衍射级次且分别旋转180度时的检测数据，并结合猫眼位置的检测数据来去除系统误差。