一种环形凸非球面的快速面形检测方法

摘要

本发明公开了一种环形凸非球面的快速面形检测方法，基于球面自准直法利用光学设计软件仿真出凸非球面相对于最接近双曲面的波像差，在极坐标下利用Zernike多项式对波像差进行拟合，将极坐标下的波像差方程转化为直角坐标下的形式；使用数字波面干涉仪测量出非球面相对于双曲面的波像差，将实际波像差的矩阵和理论波像差的矩阵统一到同一坐标系下，让两个波像差的像素一一对应，然后将两个波像差的矢高做差法运算，即可得到非球面实际面形与理论面形的残差分布。本检测方法检测非球面的最大非球面度和非球面度梯度不仅取决于数字波面干涉仪内CCD阵列像元的大小和数目，还依赖于所选择的最接近双曲面的参数。本发明具有快速、准确、检测范围广等优点，具有广阔的市场前景。

主权项

一种环形凸非球面的快速面形检测方法，其特征是：利用光学设计软件，如ZEMAX,CODE V等，通过优化仿真出球面波入射到非球面，用大口径标准球面反射镜将光线准直返回时，得到环形凸非球面相对于某一接近的凸双曲面的波像差，即非球面相对于双曲面的理论波像差，将此波像差，在极坐标下利用Zernike多项式，取前36项或前37项进行拟合，令x=rcosθ，y=rsinθ，将极坐标下的Zernike方程转化为直角坐标下的形式；使用数字波面干涉仪利用球面镜头搭建球面自准直光路测量出非球面相对于双曲面的波像差，即非球面相对于这一双曲面的实际波像差，这个实际波像差用离散的三维矩阵(x,y,z)表示，x，y表示像素的位置，z表示对应像素位置波像差的矢高；根据实际波像差的三维矩阵，确定实际波面的有效像素，以此为依据对理论波像差（直角坐标系下Zernike多项式表示）在直角坐标系下进行像素划分，将用Zernike多项式表示的理论波像差转化为矩阵(x',y',z')的形式，保证与实际波像差有效像素的分布相同，将实际波像差的矩阵和理论波像差的矩阵统一到同一坐标系下，让两个波像差的像素一一对应，然后将两个波像差的矢高做差法运算，即Δz＝z'‑z，即可得到非球面实际面形与理论面形的残差分布，从而实现环形凸非球面的快速面形检测。