[发明专利]一种补偿系统及高次非球面检测装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学非球面检测领域，尤其是一种具有高精度的高次非球面检测用的补偿系统和检测方法。

背景技术

非球面能够在光学设计中赋予单个表面更多特性，能够实现系统简化，成像质量提高等优点，但方程形式比较复杂，参数较多：

y=cx21+1-c2k2x2+A1x2+A2x4+A3x6+...]]>

其中，c＝1/r，r即为曲率半径，代表非球面顶点区域的曲率半径，k是二次项系数，说明了非球面的类型，如抛物面，双曲面或者椭球面，若A₁,A₂,A₃…≠0,则称为高次非球面。

高次非球面要比制造普通的球面镜困难的多，其中重要的原因便是高次非球面的检测要比球面难得多。现有的用于非球面的检测手段主要包括干涉检测和轮廓测量两类。干涉检测的优点是测量速度快，能够迅速进行整个表面的测量，同时直观的干涉条纹还有利于对表面误差状况进行直接判断。干涉仪并不能直接对非平面以外的表面进行直接检测，需要设计专门的补偿系统，产生与被检表面形状一致的波面，但高次非球面引入，使得整个检测过程变得比常规二次非球面更加复杂。

常见的非球面检测装置如图1所示，其包括干涉仪1，设置在干涉仪前的标准平面分光镜2，以及设置在该标准平面分光镜2与被测非球面4之间的补偿系统3。其测量方案是将干涉仪1发出的光在标准平面分光镜1处分成两束光路，其中标准光反射回干涉仪1，测量光经过补偿系统3形成与被测非球面4基本一致的波面。

请参见图2，图2是现有的多镜片补偿系统。该补偿系统示意了包含4块非球面镜时的示例。然而在补偿系统3的设计阶段，要综合考虑各种实际加工误差进行公差分配，包括：面形精度、偏心、中心厚度、曲率半径以及折射率均匀性等，利用不同的概率统计方法进行评估，如蒙特卡罗方法或者最大似然概率。利用该方法设计大偏离量、大相对孔径的高次非球面补偿系统时，所需的非球面片数可达到6片。误差来源大大增加，对上述任意误差稍有放松，即会超出测试精度要求，因此还要特殊的手段和方法实现高精度检测。

在通常的高精度补偿器的误差评估中，高精度球面补偿透镜公差一般按照加工误差进行规定，如将中心厚度按±0.01mm，偏心0.01mm，面形精度PV0.1λ分配，这些指标已经比较严格，对于1－2镜片构成的补偿器而言，检测精度还可以满足大多数精度要求。

然而当补偿器镜片数目增加到6片，系统的误差来源极为复杂，经过初步估计，按照上述常规方法进行高次非球面补偿检测，即使每片镜片的工艺精度全部达到极为苛刻的技术要求，整个补偿系统检测精度峰谷值将超过1λ（λ＝632.8nm）。显然该精度在对高次非球面进行检测时，是达不到要求的。

因此，对于现行的多镜片补偿系统，急需在精度方面有所提高，以满足高次非球面的检测。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种用于高次非球面检测领域的补偿系统，以及使用该补偿系统的高次非球面检测方法。该补偿系统能够解决现有的多镜片补偿系统精度不高的问题，将高次非球面的检测精度提高到λ/5（λ＝633nm）以内的等级，大大改善了高次非球面镜的制作品质。