CN102519388B

CN102519388B - 大口径离轴凸非球面反射镜面形检测方法

Info

Publication number: CN102519388B
Application number: CN2011103348520A
Authority: CN
Inventors: 王孝坤; 黎发志; 郑立功; 张学军
Original assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Current assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2031-10-28
Also published as: CN102519388A

Abstract

本发明涉及一种大口径离轴凸非球面反射镜面形检测方法，该方法包括如下步骤：利用与待测非球面反射镜基准子孔径区域面形相应的计算全息元件对基准子孔径区域进行零位补偿干涉测量；利用与待测非球面反射镜离轴子孔径区域面形相应的计算全息元件对离轴子孔径区域进行零位补偿干涉测量：求解待测凸非球面反射镜全口径面形分布；将各离轴子孔径在xyz坐标系内的坐标换算为XYZ坐标系下的坐标，通过计算得到待测凸非球面反射镜全孔径相位分布；从全口径相位分布中剔去系统调整误差获得待测凸非球面反射镜全口径面形误差分布。本发明数据处理和数学运算简单，实验操作简单易行，检测成本很低，测试时间短。

Description

大口径离轴凸非球面反射镜面形检测方法

技术领域

本发明涉及一种检测光学非球面面形的方法，特别涉及一种检测大口径离轴凸非球面反射镜面形的方法。

背景技术

在光学系统中使用非球面元件，能矫正像差，改善像质，而且可以减小光学系统的尺寸和重量，因此非球面光学元件正越来越多的被用于各个领域。在众多应用领域中，凸非球面元件是较为常用的核心部件。

但是凸非球面面形的测量一直是光学检测中的难点，以往我们一般采用无像差点法对其进行测量，其实质是：若待测表面是理想的，而点光源精确置于其中的一个几何焦点上，则由表面反射的光线形成球面波前，其球心与另一几何焦点重合。通过求解波前的变形量及其方向，并据此确定引起波前形变的非球面形状偏差。无像差点法是一种经典、可靠的检验二次曲面的方法，其优点是设计理论误差为零；但缺点是当检验大口径非球面时，就需要更大口径的Hindle球或者大口径的辅助平面，尤其是检测凸非球面，辅助镜面的口径往往是待测镜面的几倍，这就造成了材料和工艺上的难度。此外利用该方法在检测反射系统时，非球面的中心部位往往无法检测。

目前，设计补偿透镜利用零位补偿法对凸非球面进行测量，仍是检测凸非球面镜最常用的方法之一。但是凸非球面补偿器的设计要比凹非球面补偿器的设计要复杂得多，凸非球面的补偿器至少要有两片透镜组成，有时补偿器本身可能还含有非球面元件，而要实现该非球面的高精度检测还要为其再设计一套补偿器，因此又给加工和装调带来了很多的困难。此外，通过计算全息(CGH)进行零位补偿可以较好的实现对非球面的检测，但是对于高陡度、大偏离量的非球面，计算全息的线频密度非常高，从而使其刻划制作成为不可能。此外，由于检测凸非球面需要汇聚波前作为参考波面，这就需要所使用的干涉仪的口径和补偿透镜或CGH的口径大于待测凸非球面的口径，大口径的补偿透镜和CGH的制作和装调在目前仍然存在很多的困难。

由此可得，要想完成对大口径离轴凸非球面的检测，最常规的方法之一是制作零位补偿透镜，但是补偿器将由几块透镜组成，结构复杂，且补偿透镜本身可能还含有非球面，此外补偿器的口径将非常大，因此该方法存在很多瓶颈；另一种常规的方法是制作衍射元件计算全息完成对其测量，但是对于大偏离量大口径的凸非球面，需制作很大口径且线频密度很高的计算全息元件，目前计算全息制作受口径和刻划线频密度的限制，从而使这种方法很难实现。此外，利用子孔径拼接法测定多个子孔径的相位分布，通过子孔径拼接算法可以完成对浅度凸非球面的拼接测量，但是对于大口径、大偏离量的凸非球面的拼接检测，子孔径数目很多，运算非常复杂，且不可避免的带来拼接误差传递和累积。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种将计算全息补偿与子孔径拼接技术联用，补偿元件结构简单、子孔径数目少、数据处理和数学运算简单、能够实现大口径离轴凸非球面面形精确测量的大口径离轴凸非球面反射镜面形检测方法。

为了解决上述技术问题，本发明的大口径离轴凸非球面反射镜面形检测方法包括如下步骤：

1）将干涉仪和待测凸非球面反射镜分别安装在第一和第三调整机构上；设干涉仪的光轴为Z轴，待测凸非球面反射镜的顶点为坐标系XYZ的原点，则过待测凸非球面反射镜的顶点且垂直于干涉仪光轴的面为XOY面；

2）将待测凸非球面反射镜中心区域的子孔径作为基准子孔径；利用与待测凸非球面反射镜基准子孔径区域面形相应的计算全息元件对基准子孔径区域进行零位补偿干涉测量：

将计算全息元件安装在第二调整机构上；利用第一、第二、第三调整机构调整干涉仪、计算全息元件和待测凸非球面反射镜之间的位置关系，使得干涉仪出射的光束经计算全息元件零位补偿后能够沿法向入射到待测凸非球面反射镜的基准子孔径区域，该光束经待测凸非球面反射镜反射后与干涉仪的参考波面形成干涉条纹，得到待测凸非球面反射镜基准子孔径的相位分布；

3）利用与待测凸非球面反射镜离轴子孔径区域面形相应的计算全息元件对离轴子孔径区域进行零位补偿干涉测量：

依次将与离轴子孔径区域面形相应的计算全息元件安装在第二调整机构上，并利用第一、第二、第三调整机构调整待测凸非球面反射镜、计算全息元件与干涉仪的相对位置关系，使得干涉仪的出射光束经各计算全息元件零位补偿后能够沿法向入射到待测凸非球面反射镜上对应的离轴子孔径区域，该光束经待测凸非球面反射镜反射后与干涉仪的参考波面形成干涉条纹，得到待测凸非球面反射镜的各离轴子孔径区域相位分布；

4）求解待测凸非球面反射镜全口径面形分布：

选择测量各子孔径相位分布时各子孔径的顶点o为子孔径坐标系xyz的原点，过各子孔径顶点o且垂直于干涉仪光轴的平面为xoy面；

利用式（1）求出各子孔径重叠区域相位差的平方和值S并令其为最小值；

S = Σ_{j_{1} &NotEqual; 0}^{N_{1}} Σ_{i_{1} &Subset; W_{0}, W_{j_{1}}}^{n} {W_{0} (x_{0 - j_{1} i_{1}}, y_{0 - j_{1} i_{1}}) - [W_{j_{1}} (x_{j_{1} - j_{1} i_{1}}, y_{j_{1} - j_{1} i_{1}}) + p_{j_{1}} x_{j_{1} - j_{1} i_{1}}

+ a_{j_{1}} x_{j_{1} - j_{1} i_{1}} + b_{j_{1}} y_{j_{1} - j_{1} i_{1}}]}^{2} + Σ_{j_{2} \cap j_{3} &NotEqual; 0}^{N_{2}} Σ_{i_{2} &Subset; W_{j_{2}}, W_{j_{3}}}^{n} {[W_{j_{2}} (x_{j_{2} - j_{2} i_{2}}, y_{j_{2} - j_{2} i_{2}})

+ p_{j_{2}} x_{j_{2} - j_{2} i_{2}} + a_{j_{2}} x_{j_{2} - j_{2} i_{2}} + b_{j_{2}} y_{j_{2} - j_{2} i_{2}}]

- {[W_{j_{3}} (x_{j_{3} - j_{3} i_{2}}, y_{j_{3} - j_{3} i_{2}}) + p_{j_{3}} x_{j_{3} - j_{3} i_{2}} + a_{j_{3}} x_{j_{3} - j_{3} i_{2}} + b_{j_{3}} y_{j_{3} - j_{3} i_{2}}]}}^{2}

(1)

式(1)中，N₁是离轴子孔径与基准子孔径的重叠区域数，N₂是离轴子孔径间的重叠区域数，n是重叠区域内的采样点数；

为测得的基准子孔径相位分布中基准子孔径与第j₁个离轴子孔径的重叠区域中i₁点的相位，为测得的第j₁个离轴子孔径相位分布中基准子孔径与第j₁个离轴子孔径的重叠区域中i₁点的相位；

和分别是第j₁个离轴子孔径相对基准子孔径沿X方向的倾斜系数、沿Y方向的倾斜系数和Z方向相对平移系数；

为测得的第j₂个离轴子孔径相位分布中第j₂个离轴子孔径与第j₃个离轴子孔径的重叠区域中i₂点的相位，

为测得的第j₃个离轴子孔径相位分布中第j₂个离轴子孔径与第j₃个离轴子孔径的重叠区域中i₂点的相位；

和

分别是第j₂个离轴子孔径相对基准子孔径沿X方向的倾斜系数、沿Y方向的倾斜系数和Z方向相对平移系数；

和

分别是第j₃个离轴子孔径相对基准子孔径1沿X方向的倾斜系数、沿Y方向的倾斜系数和Z方向相对平移系数；

利用最小二乘拟合，对各个系数分别求偏导并令其值为零，得到离轴子孔径相对基准子孔径的最佳拼接因子a_j、b_j和p_j：

\{\begin{matrix} \frac{&PartialD; S}{&PartialD; p_{j}} = 0 \\ \frac{&PartialD; S}{&PartialD; a_{j}} = 0 \\ \frac{&PartialD; S}{&PartialD; b_{j}} = 0 \end{matrix} - - - (2)

式(2)中，1≤j≤M-1,M为待测凸非球面反射镜子孔径的数量；

将各离轴子孔径在xyz坐标系内的坐标换算为XYZ坐标系下的坐标，利用式（3）得到拼接后的各离轴子孔径的相位分布w_j(X,Y)；并结合公式：w₀(X,Y)=w₀(x,y)获得待测凸非球面反射镜全口径相位分布W(X,Y)；

w_j(X,Y)=w₀(X,Y)-(p_j+a_jX+b_jY) (3)

5)从全口径相位分布W(X,Y)中剔去系统调整误差ε(X,Y)获得待测凸非球面反射镜全口径面形误差分布e(X,Y)：

e(X,Y)=W(X,Y)-ε(X,Y) (4)

ε(X,Y)=AX+BY+C(X²+Y²)+D (5)

[\begin{matrix} A \\ B \\ C \\ D \end{matrix}] = {[\begin{matrix} ΣXX & ΣXY & ΣX (X^{2} + Y^{2}) & ΣX \\ ΣYX & ΣYY & ΣY (X^{2} + Y^{2}) & ΣY \\ Σ (X^{2} + Y^{2}) X & Σ (X^{2} + Y^{2}) Y & Σ {(X^{2} + Y^{2})}^{2} & Σ (X^{2} + Y^{2}) \\ ΣX & ΣY & Σ (X^{2} + Y^{2}) & N \end{matrix}]}^{- 1} [\begin{matrix} ΣXW \\ ΣYW \\ Σ (X^{2} + Y^{2}) W \\ W \end{matrix}] - - - (6)

(12)其中，A、B、C、D分别为Z方向平移、X方向倾斜、Y方向倾斜和离焦项，N为求解系数A、B、C、D所需的数据点数目，N大于等于4；W=W(X,Y)；

6）误差与精度分析：

判断e(X,Y)的均方根值与待测凸非球面反射镜面形精度要求的设计值之间的相对偏差是否大于20%；若大于20%，则重复步骤1）～5），对待测凸非球面反射镜的面形进行检测，直至得到的e(X,Y)的均方根值与待测凸非球面反射镜面形精度要求的设计值之间的相对偏差小于20%，此时得到的e(X,Y)即为待测凸非球面反射镜的面形误差分布。

本发明对检测结果进行精度分析和判别以其获得准确的待测凸非球面反射镜面形误差分布，检测精度可达λ/50以上，λ=632.8nm。

本发明根据待测凸非球面反射镜的数学方程划分子孔径区域，设计与各子孔径对应的单块计算全息元件，利用单块计算全息元件补偿干涉仪出射的光束，测得各子孔径的相位分布，然后通过子孔径拼接就能够准确的实现对非球面反射镜面形的测量。本发明降低了补偿元件的设计难度、简化了补偿元件的结构、避开了大口径计算全息元件不可制作和大偏离量非球面计算全息线频密度太高不可刻划的难点，有效的减少了子孔径拼接数目。本发明物理概念明确，数据处理和数学运算简单，实验操作简单易行，检测成本很低，测试时间短。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是实现本发明大口径离轴凸非球面反射镜面形检测方法的装置结构示意图。

图2是本发明的大口径离轴凸非球面反射镜面形检测方法流程图。

图3是本发明的测量大口径离轴凸非球面反射镜的子孔径分布示意图。

图4a、4b分别为基准子孔径和离轴子孔径在测量相位分布时的位置示意图,图4c为子孔径侧视图。

图5a、5b分别为两个有重叠区域的离轴子孔径在测量相位分布时的位置示意图。

具体实施方式

如图1所示，实现本发明的大口径离轴凸非球面反射镜面形检测方法的装置包括激光干涉仪11、计算全息元件12、第一调整机构13、第二调整机构14、第三调整机构15和待测大口径离轴凸非球面16。

所述第一调整机构13采用目前公知的三维精密调整架，可以精确控制干涉仪11沿X方向、Y方向和沿Z方向（光轴方向）的平动。第二调整机构14采用目前公知的六维精密调整架，可以精确调整计算全息元件12的俯仰、扭摆和旋转以及沿X方向、Y方向和沿Z方向（光轴方向）的平动。第三调整机构15采用目前公知的六维精密调整架，可以精确调整被测凸非球面16的俯仰、扭摆和旋转以及沿X方向、Y方向和沿Z方向（光轴方向）的平动。

如图2所示，本发明的大口径离轴凸非球面反射镜面形检测方法流程如下：

1)首先，根据待测凸非球面反射镜的数学方程划分子孔径区域并设计与各子孔径对应的单块计算全息元件12；所述计算全息元件为振幅型（CGH）。

子孔径划分和单块计算全息元件12设计的原则是：一是各子孔径间有重叠区域；二是各子孔径区域所对应的计算全息元件的线频密度不太高，在目前的工艺刻划水平能够实现。

2)根据光学设计结果，加工和制作计算全息元件12；

首先，根据设计结果选购计算全息元件基板，然后对玻璃基板进行加工和检测，并将最终检测结果代入光学设计中进行复算，复算通过后，我们设计了刻蚀设备接口文件，将其以激光直写或电子束直写方式制作光刻掩膜版，用光刻方法将图形刻划到预先制备并通过高精度检测的玻璃基板上，形成振幅型CGH,最后进行光学镀膜以实现增加光强的目的。

3)利用计算全息元件对各子孔径区域进行零位补偿干涉测量；

子孔径划分如图3所示；首先在第二调整机构14上安装好与待测凸非球面反射镜中心区域（基准子孔径）对应的计算全息元件12，利用第一、第二、第三调整机构13、14、15调整好干涉仪11、计算全息元件和待测凸非球面反射镜16之间的位置关系，使得干涉仪11出射的光束经计算全息元件零位补偿后能够沿法向入射到待测凸非球面反射镜16上，并精确的位于待测凸非球面反射镜16的中心区域，该光束经待测凸非球面反射镜16反射后与干涉仪11的参考波面形成干涉条纹，从而可以测定得到待测凸非球面反射镜16中心区域（基准子孔径）的相位分布。

在第二调整机构14上依次更换与离轴子孔径对应的计算全息元件12，并利用第一、第二、第三调整机构13、14、15调整待测凸非球面反射镜16、计算全息元件12与干涉仪11的相对位置关系，使得干涉仪11的出射光束经各计算全息元件12零位补偿后能够沿法向精确的入射到待测凸非球面反射镜16各对应离轴子孔径区域，该光束经待测凸非球面反射镜16反射后与干涉仪11的参考波面形成干涉条纹，从而可以测定得到待测凸非球面反射镜的各离轴子孔径区域相位分布。

通过全局优化子孔径拼接算法分析求解待测凸非球面反射镜全口径面形分布。

为了精确获得全口径面形误差分布，本发明将采用误差均化的全局优化拼接算法，具体分析和求解过程如下：

通过重叠区域的数据求解相邻两个子孔径的相对调整误差，可以实现子孔径两两拼接。多次利用两个子孔径的拼接原理就可以实现多个子孔径的拼接。但是这样往往会造成误差传递和累积，从而降低了整个孔径的检测精度。因此，在子孔径拼接过程中存在综合优化的问题。当拼接区域大于两个时，假设共有M个子孔径拼接，可以先选定其中任一个子孔径作为基准，为了便于定位和测量，一般选择待测凸非球面反射镜中心区域的子孔径（基准子孔径）作为参考标准。

由于是对大口径非球面反射镜各区域进行零位补偿测量，因此各子孔径间位置的相对失调量仅带来相对平移和倾斜。

设干涉仪的光轴为Z轴，待测凸非球面反射镜的顶点为坐标系XYZ的原点，则过待测凸非球面反射镜的顶点且垂直于干涉仪光轴的面为XOY面；选择测量各子孔径相位分布时各子孔径的顶点o为子孔径坐标系xyz的原点，过各子孔径顶点o且垂直于干涉仪光轴的平面为xoy面。

如图3所示，假使基准子孔径1的相位分布为w₀(X,Y)，则拼接后离轴子孔径相位分布w_j(X,Y)与基准子孔径1的相位分布关系为：

w_j(X,Y)=w₀(X,Y)-(p_j+a_jX+b_jY) (3)

w₀(X,Y)=w₀(x,y)

(X,Y)是待测凸非球面反射镜内任意一点在坐标系XYZ内的坐标，M为子孔径的数量（包括基准子孔径和其它子孔径）；a_j、b_j和p_j分别是第j个离轴子孔径相对基准子孔径沿X方向的倾斜系数、沿Y方向的倾斜系数和Z方向相对平移系数。利用最小二乘法，使得所有重叠区域相位差的平方和值S为最小，可得下式：

S = Σ_{j_{1} &NotEqual; 0}^{N_{1}} Σ_{i_{1} &Subset; W_{0}, W_{j_{1}}}^{n} {W_{0} (x_{0 - j_{1} i_{1}}, y_{0 - j_{1} i_{1}}) - [W_{j_{1}} (x_{j_{1} - j_{1} i_{1}}, y_{j_{1} - j_{1} i_{1}}) + p_{j_{1}} x_{j_{1} - j_{1} i_{1}}

+ a_{j_{1}} x_{j_{1} - j_{1} i_{1}} + b_{j_{1}} y_{j_{1} - j_{1} i_{1}}]}^{2} + Σ_{j_{2} \cap j_{3} &NotEqual; 0}^{N_{2}} Σ_{i_{2} &Subset; W_{j_{2}}, W_{j_{3}}}^{n} {[W_{j_{2}} (x_{j_{2} - j_{2} i_{2}}, y_{j_{2} - j_{2} i_{2}})

+ p_{j_{2}} x_{j_{2} - j_{2} i_{2}} + a_{j_{2}} x_{j_{2} - j_{2} i_{2}} + b_{j_{2}} y_{j_{2} - j_{2} i_{2}}]

- {[W_{j_{3}} (x_{j_{3} - j_{3} i_{2}}, y_{j_{3} - j_{3} i_{2}}) + p_{j_{3}} x_{j_{3} - j_{3} i_{2}} + a_{j_{3}} x_{j_{3} - j_{3} i_{2}} + b_{j_{3}} y_{j_{3} - j_{3} i_{2}}]}}^{2} = \min

(1)

式中N₁是离轴子孔径与基准子孔径的重叠区域数，N₂是离轴子孔径间的重叠区域数，n是重叠区域内的采样点数；如图4a、4b、4c所示，

为测得的基准子孔径1相位分布中基准子孔径1与第j₁个离轴子孔径2的重叠区域3中第i₁点的相位，

为测得的第j₁个离轴子孔径2相位分布中基准子孔径1与第j₁个离轴子孔径2的重叠区域3中第i₁点的相位；

和

分别是第j₁个离轴子孔径2相对基准子孔径1沿X方向的倾斜系数、沿Y方向的倾斜系数和Z方向相对平移系数；如图5a、5b所示，

为测得的第j₂个离轴子孔径4相位分布中第j₂个离轴子孔径4与第j₃个离轴子孔径5的重叠区域6中第i₂点的相位，为测得的第j₃个离轴子孔径5相位分布中第j₂个离轴子孔径4与第j₃个离轴子孔径5的重叠区域6中第i₂点的相位；

和

分别是第j₂个离轴子孔径5相对基准子孔径1沿X方向的倾斜系数、沿Y方向的倾斜系数和Z方向相对平移系数；

和

分别是第j₃个离轴子孔径5相对基准子孔径1沿X方向的倾斜系数、沿Y方向的倾斜系数和Z方向相对平移系数。

利用最小二乘拟合，对各个系数分别求偏导并令其值为零可得：

\{\begin{matrix} \frac{&PartialD; S}{&PartialD; p_{j}} = 0 \\ \frac{&PartialD; S}{&PartialD; a_{j}} = 0 \\ \frac{&PartialD; S}{&PartialD; b_{j}} = 0 \end{matrix} - - - (2)

式中1≤j≤M-1,M为待测凸非球面反射镜子孔径的数量。利用（1）、（2）式就可以得到各离轴子孔径相对基准子孔径的最佳拼接因子a_i、b_i和p_i(a_j、b_j和p_j)；然后，利用式（3）得到拼接后的各离轴子孔径的相位分布w_j(x,y)，再将各离轴子孔径在xyz坐标系内的坐标换算为待测凸非球面反射镜坐标系XYZ下的坐标，从而把所有离轴子孔径的位相数据校正统一到相同的基准上。

以上是一种全局拼接的方法，可以将拼接累积误差在整个拼接区域“扩散”开，起到了误差均化的作用，从而可以大大地减小拼接累积误差，很好地实现多个子孔径的拼接。

实验中一般以待测元件中心区域的子孔径为基准，通过以上的综合优化拼接可以获得待测凸非球面反射镜的整个面形的相位分布，但是所得的相位分布中必将存在一定的系统调整和定位误差，必须将其消去。假定系统高阶误差可以忽略，则经过综合优化拼接获得的全孔径波前误差的相位测量值可表示为：

W(X,Y)=e(X,Y)+ε(X,Y) (7)

式中：(X,Y)是待测凸非球面反射镜上任意一点在XYZ坐标系内的坐标；e(X,Y)表示(X,Y)点面形误差；ε(X,Y)为(X,Y)点系统调整误差。W(X,Y)是全孔径拼接得到的(X,Y)点相位。通常整个系统的装调定位误差为四项，分别对应为Z方向平移、X方向倾斜、Y方向倾斜和离焦项，即：

ε(X,Y)=AX+BY+C(X²+Y²)+D (5)

利用最小二乘拟合，可求得系统调整误差系数的最优解：

[\begin{matrix} A \\ B \\ C \\ D \end{matrix}] = {[\begin{matrix} ΣXX & ΣXY & ΣX (X^{2} + Y^{2}) & ΣX \\ ΣYX & ΣYY & ΣY (X^{2} + Y^{2}) & ΣY \\ Σ (X^{2} + Y^{2}) X & Σ (X^{2} + Y^{2}) Y & Σ {(X^{2} + Y^{2})}^{2} & Σ (X^{2} + Y^{2}) \\ ΣX & ΣY & Σ (X^{2} + Y^{2}) & N \end{matrix}]}^{- 1} [\begin{matrix} ΣXW \\ ΣYW \\ Σ (X^{2} + Y^{2}) W \\ W \end{matrix}] - - - (6)

(12)式（6）中，N为求解系数A、B、C、D所需的数据点数目，N大于等于4；W=W(X,Y)。

因此，从拼接所得的全口径相位分布中剔去系统调整误差即可获得准确的待测凸非球面反射镜全口径面形误差分布，从而完成对大口径待测凸非球面反射镜面形的高精度检测。

5）误差与精度分析；

计算全息补偿与子孔径拼接联用检测大口径离轴凸非球面的方法受很多因素的影响：如计算全息元件制作精度、子孔径拼接算法精度、机构调整精度以及测试环境等影响。我们将对检测结果进行精度分析和判别，判断e(X,Y)的均方根值与待测凸非球面反射镜面形精度要求的设计值之间的相对偏差是否大于20%；若大于20%，则重复以上步骤，对待测凸非球面反射镜的面形进行检测，直至得到的e(X,Y)的均方根值与待测凸非球面反射镜面形精度要求的设计值之间的相对偏差小于20%，此时得到的e(X,Y)即为待测凸非球面反射镜的面形误差分布。

Claims

1.一种大口径离轴凸非球面反射镜面形检测方法，其特征在于包括如下步骤：

1）将干涉仪（11）和待测凸非球面反射镜（16）分别安装在第一和第三调整机构（13、15）上；设干涉仪的光轴为Z轴，待测凸非球面反射镜的顶点为坐标系XYZ的原点，则过待测凸非球面反射镜的顶点且垂直于干涉仪光轴的面为XOY面；

将计算全息元件（12）安装在第二调整机构（14）上；利用第一、第二、第三调整机构（13、14、15）调整干涉仪（11）、计算全息元件（12）和待测凸非球面反射镜（16）之间的位置关系，使得干涉仪（11）出射的光束经计算全息元件（12）零位补偿后能够沿法向入射到待测凸非球面反射镜（16）的基准子孔径区域，该光束经待测凸非球面反射镜（16）反射后与干涉仪（11）的参考波面形成干涉条纹，得到待测凸非球面反射镜（16）基准子孔径的相位分布；

依次将与离轴子孔径区域面形相应的计算全息元件安装在第二调整机构（14）上，并利用第一、第二、第三调整机构（13、14、15）调整待测凸非球面反射镜（16）、计算全息元件与干涉仪（11）的相对位置关系，使得干涉仪（11）的出射光束经各计算全息元件零位补偿后能够沿法向入射到待测凸非球面反射镜（16）上对应的离轴子孔径区域，该光束经待测凸非球面反射镜（16）反射后与干涉仪（11）的参考波面形成干涉条纹，得到待测凸非球面反射镜的各离轴子孔径区域相位分布；

4）求解待测凸非球面反射镜全口径面形分布：