[发明专利]大口径凸非球面光学元件的面形精度检测装置及检测方法

说明书

本发明提供一种大口径凸非球面光学元件的面形精度检测装置及检测方法，其中的方法包括如下：S1、选择球面标准镜，设计Hindle‑Shell补偿器；S2、将Hindle‑Shell补偿器放在球面标准镜与球面反射镜之间，调节球面反射镜与Hindle‑Shell补偿器的位置，直至干涉仪的干涉条纹为零条纹，记录为第一检测结果，第一检测结果包括Hindle‑Shell补偿器的系统误差；S3、将球面反射镜替换为被测光学元件，并调节被测光学元件的位置，直至干涉仪的干涉条纹最稀疏或为零条纹，记录为第二检测结果，第二检测结果包括被测光学元件的面形信息和Hindle‑Shell补偿器的系统误差；S4、将第二检测结果与第一检测结果相减，获得被测光学元件的面形信息。本发明能够有效降低检测过程中误差的传递和积累，提高检测精度和检测效率。

技术领域

本发明涉及光学元件检测技术领域，特别涉及一种大口径凸非球面光学元件的面形精度检测装置及检测方法。

背景技术

由于非球面元件可以在不增加独立像差的情况下，降低光学系统的复杂程度，提高光学系统的成像质量。因此，随着光学加工和检测技术的发展，光学系统中越来越多的采用非球面光学元件，对非球面光学元件面形精度要求也越来越高，口径越来越大。相比于凹非球面光学元件，大口径凸非球面光学元件的检测更加困难。例如，大口径凸非球面检测方法中的轮廓检测法检测精度较低，只适用于研磨阶段；Hindle-Sphere检测法在检测大口径凸非球面光学元件的面形时需要制作大的参考球面，光学元件的镜面需要镀高反射膜，且无法对轴上非球面的中心遮拦位置进行测量，Hindle-Sphere检测法也只适用于检测二次曲面；Null-lens补偿法检测精度高但制作难度大，Null-lens补偿器的参考面为非球面，需要制作新补偿器以用来检测Null-lens补偿器的参考面，因此难以制作大口径的Null-lens补偿器；CGH补偿法在理论上可以用来产生任意形状的波前，但受限于现有光刻技术，难以制作大口径高刻画密度的CGH；子孔径拼接法是将大口径凸非球面光学元件分为多个小的光学区域分别检测，最终再拼接在一起，从而实现大口径凸非球面光学元件的面形检测。但是，当凸非球面口径和非球面偏离量增大时，需要设计的子孔径数量较多，会造成误差的积累，降低检测精度。

发明内容

针对现有的大口径凸非球面检测方法精度低、补偿器制作复杂的问题，本发明提出一种大口径凸非球面光学元件的面形精度检测装置及检测方法，通过设计单个Hindle-Shell补偿器检测大口径凸非球面光学元件的全口径面形，能够有效降低检测过程中误差的传递和积累，提高大口径凸非球面光学元件的检测精度和检测效率。

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

本发明提供一种大口径凸非球面光学元件的面形精度检测装置，包括干涉仪和沿干涉仪的光束出射方向依次设置的球面标准镜和Hindle-Shell补偿器，Hindle-Shell补偿器的口径大于被测光学元件的口径，Hindle-Shell补偿器的前表面为凸面、后表面为凹球面；干涉仪发出的光束经过球面标准镜转换为球面波后入射到Hindle-Shell补偿器，通过Hindle-Shell补偿器变为与被测光学元件的面形相匹配的波前后入射到被测光学元件，在被测光学元件与Hindle-Shell补偿器之间进行二次反射后，回到干涉仪形成包含被测光学元件的面形信息的干涉条纹。

优选地，大口径凸非球面光学元件的面形精度检测装置还包括Hindle-Shell补偿器凹面一侧的球面反射镜，在检测被测光学元件的面形精度之前，先将被测光学元件替换为球面反射镜，通过Hindle-Shell补偿器的球面波入射到球面反射镜，调节Hindle-Shell补偿器和球面反射镜的位置，直至干涉仪的干涉条纹为零条纹，再将球面反射镜替换为被测光学元件。

优选地，在将球面反射镜替换为被测光学元件后，调节被测光学元件的位置，至干涉仪的干涉条纹最稀疏或为零条纹。