CN110082074A - 一种干涉波前检测中剔除平面反射镜引入的系统误差的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种干涉波前检测中剔除平面反射镜引入的系统误差的方法。首先，干涉仪发出平面波检测平面反射镜波前1。其次，采用干涉自准直法，干涉仪发出的光束经被检光学件，平面镜自准直回干涉仪形成干涉，得到整个光学系统波前2。最后，分别用Zernike多项式拟合波前1和波前2，计算出波前1和2的Zernike系数。将波前2和波前1的对应系数之差在波前2的坐标上重构出波前，即为剔除平面反射镜引入的系统误差后被测件波前。本发明解决了干涉仪波前检测中平面镜引入的系统误差问题。

Description

一种干涉波前检测中剔除平面反射镜引入的系统误差的方法
技术领域
本发明属于波前检测领域，具体涉及一种干涉波前检测中剔除平面反射镜引入的系统误差的方法。
背景技术
在光学系统研制过程中，光学系统波像差是光学系统成像质量最重要特征指标，综合反映光学系统设计、装调和加工的水平。所以，光学元件或系统的波前检测尤其重要。
传统光学波前检验方法中，通常采用干涉仪和高精度标准平面反射镜组成自准直光路，检测被测元件的波像差，即干涉自准直法。干涉测量是一种基于光波叠加原理，分析处理干涉场中亮暗变化、条纹形状变化或条纹数变化，从中获取被测量的有关信息。与一般的光学测试技术相比，干涉测试技术具有更高的测试灵敏度和准确度。
在波前检验过程中，通常平面反射镜会引入系统误差，所以，对平面镜的面形精度要求较高，使其引入的系统误差尽可能减小。本发明采用的方法，直接可以从根本上剔除平面反射镜引入的系统误差。
发明内容
本发明要解决在波前检测过程中下，平面镜引入的系统误差的问题。本发明是为了减小对平面镜的面形精度的要求，提供了从根本上剔除平面反射镜引入的系统误差的方法。
本发明采用的技术方案为：一种干涉波前检测中剔除平面反射镜引入的系统误差的方法，按以下步骤实现：
步骤一，干涉仪发出平面波检测平面反射镜波前1；
步骤二，采用干涉自准直法，即在被检光学系统焦点放置干涉仪，干涉仪发出的光束经被检光学件，平面镜自准直回干涉仪形成干涉，得到整个光学系统波前2；
步骤三，分别用Zernike多项式拟合波前1和波前2，利用最小二乘法计算出波前1和2的Zernike系数；
步骤四，将波前2的Zernike系数减去波前1的对应Zernike系数；
步骤五，上一步骤中相减的差在波前2的坐标上重构出波前，即为剔除平面反射镜引入的系统误差后被测件波前。
进一步地，步骤一和步骤二中所述的波前1和波前2可以是不同干涉仪检测的波前。
进一步地，步骤一和步骤二中所述的波前1和波前2可以是不同采样像素的波前。
进一步地，步骤三具体过程为：
利用Zernike多项式分别对波前1和2数据进行了拟合，每个像素点坐标为(x，y)，则波前相位数据可表示为：
式中，Wi(x，y)为波前相位数据，Ai为Zernike多项式系数，Zi(x，y)为Zernike多项式，i为选取的Zernike多项式的项数，i的变化范围由1到N，N为选取的Zemike多项式的项数。
进行最小二乘拟合，求出Zernike多项式系数A1和A2，即：
A＝(ZTZ)-1ZTW
式中，A为Zernike多项式系数，Z为Zernike多项式，W为波前相位数据。
进一步地，步骤四具体过程为：
将波前2和波前1的对应系数相减：
Ares＝A2-A1
式中，Ares为波前2和波前1的对应Zernike多项式系数相减的系数，A2为波前2的Zernike多项式系数，A1为波前1的Zernike多项式系数。
进一步地，步骤五具体过程为：
波前2和波前1的Zernike系数相减的差在波前2的坐标上重构出波前，即为剔除平面反射镜引入的系统误差后被测件波前，
式中，Wi(x，y)为波前相位数据，Zi(x，y)为Zernike多项式，ARes为波前2和波前1的对应Zernike多项式系数相减的系数，(x，y)为波前2的坐标，i为选取的Zernike多项式的项数，i的变化范围由1到N。
进一步地，步骤三、四、五中所述所要计算的Zernike多项式的个数N为任意值，都可计算。
进一步地，可以其他波前传感器检测的波前。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)在波前检验过程中，通常平面反射镜会引入系统误差，所以，对平面镜的面形精度要求较高，使其引入的系统误差尽可能减小。本发明采用的方法，直接可以从根本上剔除平面反射镜引入的系统误差。
(2)干涉仪测量时，可以直接剔除平面反射镜引入的系统误差，但是，其要求被测件波前与平面镜的波前在同一条件下检测，其像素值坐标必须统一，才能通过点对点相减实现波前相减。本发明采用的方法，不需要两波前值像素坐标一一对应，被测件波前与平面镜的波前可采用不同干涉仪测量，增加了其应用范围。
附图说明
图1为本发明一种干涉波前检测中剔除平面反射镜引入的系统误差的方法的流程图；
图2为干涉仪检测平面镜波前；
图3为干涉仪发出平面波检测平面反射镜波前1数据；
图4为干涉仪检测整个光学系统波前；
图5为干涉仪检测整个光学系统波前2数据；
图6为剔除平面反射镜引入的系统误差后被测件波前。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
本实施方式的一种干涉波前检测中剔除平面反射镜引入的系统误差的方法，按以下步骤实现：
步骤一，按照图2所示的光路，干涉仪发出平面波检测平面反射镜波前1，波前1数据如图3所示，PV＝0.1454λ，RMS＝0.0245λ；
步骤二，如图4所示，采用干涉自准直法，即在被检光学系统焦点放置干涉仪，干涉仪发出的光束经被检光学件，平面镜自准直回干涉仪形成干涉，得到整个光学系统波前2，波前2数据如图5所示，PV＝0.2624λ，RMS＝0.0455λ；
步骤三，分别用Zernike多项式拟合波前1和波前2，利用最小二乘法计算出波前1和2的Zernike系数；
步骤四，将波前2的Zernike系数减去波前1的对应Zernike系数；
步骤五，上一步骤中相减的差在波前2的坐标上重构出波前，如图6所示，PV＝0.1431λ，RMS＝0.0266λ，即为剔除平面反射镜引入的系统误差后被测件波前。

Claims (9)

1.一种干涉波前检测中剔除平面反射镜引入的系统误差的方法，其特征在于，它按以下步骤实现：
步骤一，干涉仪发出平面波检测平面反射镜波前1；
步骤二，采用干涉自准直法，即在被检光学系统焦点放置干涉仪，干涉仪发出的光束经被检光学件，平面镜自准直回干涉仪形成干涉，得到整个光学系统波前2；
步骤三，分别用Zernike多项式拟合波前1和波前2，利用最小二乘法计算出波前1和2的Zernike系数；
步骤四，将波前2的Zernike系数减去波前1的对应Zernike系数；
步骤五，上一步骤中相减的差在波前2的坐标上重构出波前，即为剔除平面反射镜引入的系统误差后被测件波前。
2.根据权利要求1所述的一种干涉波前检测中剔除平面反射镜引入的系统误差的方法，其特征在于，步骤一和步骤二中所述的波前1和波前2可以是不同干涉仪检测的波前。
3.根据权利要求1所述的一种干涉波前检测中剔除平面反射镜引入的系统误差的方法，其特征在于，步骤一和步骤二中所述的波前1和波前2可以是不同采样像素的波前。
4.根据权利要求1所述的一种干涉波前检测中剔除平面反射镜引入的系统误差的方法，其特征在于，步骤三具体过程为：
利用Zernike多项式分别对波前1和2数据进行了拟合，每个像素点坐标为(x,y)，则波前相位数据可表示为：
式中，Wi(x,y)为波前相位数据，Ai为Zernike多项式系数，Zi(x，y)为Zernike多项式，i为选取的Zernike多项式的项数，i的变化范围由1到N；
进行最小二乘拟合，求出Zernike多项式系数A1和A2，即：
A＝(ZTZ)-1ZTW
式中，A为Zernike多项式系数，Z为Zernike多项式，W为波前相位数据。
5.根据权利要求1所述的一种干涉波前检测中剔除平面反射镜引入的系统误差的方法，其特征在于，步骤四具体过程为：
将波前2和波前1的对应系数相减：
Ares＝A2-A1
式中，Ares为波前2和波前1的对应Zernike多项式系数相减的系数，A2为波前2的Zernike多项式系数，A1为波前1的Zernike多项式系数。
6.根据权利要求1所述的一种干涉波前检测中剔除平面反射镜引入的系统误差的方法，其特征在于，步骤五具体过程为：
波前2和波前1的Zernike系数相减的差在波前2的坐标上重构出波前，即为剔除平面反射镜引入的系统误差后被测件波前，
式中，Wi(x,y)为波前相位数据，Zi(x,y)为Zernike多项式，ARes为波前2和波前1的对应Zernike多项式系数相减的系数，(x，y)为波前2的坐标，i为选取的Zernike多项式的项数，i的变化范围由1到N。
7.根据权利要求1所述的所述的一种干涉波前检测中剔除平面反射镜引入的系统误差的方法，其特征在于，步骤三、四、五中所述所要计算的Zernike多项式的个数N为任意值，都可计算。
8.根据权利要求1所述的一种干涉波前检测中剔除平面反射镜引入的系统误差的方法，其特征在于，该方法可以适用于其他波前传感器检测的波前。
9.根据权利要求1所述的一种干涉波前检测中剔除平面反射镜引入的系统误差的方法，其特征在于，该方法可以适用于两个像素不同的波前相加减。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117346687A (zh) * 2023-12-04 2024-01-05 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种修正干涉仪测量反射镜面形误差数据点的方法及系统

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002228543A (ja) * 2000-11-28 2002-08-14 Mitsubishi Electric Corp 光学系ズレ推定装置、光学系ズレ調整装置、光学系ズレ推定方法、及び光学系ズレ調整方法
CN102506750A (zh) * 2011-10-28 2012-06-20 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 部分补偿非球面反射镜面形检测方法
CN202471018U (zh) * 2011-12-09 2012-10-03 中国科学院西安光学精密机械研究所 大口径平面镜面形检测装置
CN103207023A (zh) * 2013-03-18 2013-07-17 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 相位复原测试过程中消除系统误差的绝对标定方法
CN104236856A (zh) * 2014-09-10 2014-12-24 中国科学院上海光学精密机械研究所 物镜成像系统的波像差检测装置及其系统误差校正方法
CN106292202A (zh) * 2016-10-09 2017-01-04 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种可标定系统误差的系统波像差检测方法
CN109708590A (zh) * 2019-01-23 2019-05-03 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种反射镜绝对加工面形的计算方法及系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002228543A (ja) * 2000-11-28 2002-08-14 Mitsubishi Electric Corp 光学系ズレ推定装置、光学系ズレ調整装置、光学系ズレ推定方法、及び光学系ズレ調整方法
CN102506750A (zh) * 2011-10-28 2012-06-20 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 部分补偿非球面反射镜面形检测方法
CN202471018U (zh) * 2011-12-09 2012-10-03 中国科学院西安光学精密机械研究所 大口径平面镜面形检测装置
CN103207023A (zh) * 2013-03-18 2013-07-17 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 相位复原测试过程中消除系统误差的绝对标定方法
CN104236856A (zh) * 2014-09-10 2014-12-24 中国科学院上海光学精密机械研究所 物镜成像系统的波像差检测装置及其系统误差校正方法
CN106292202A (zh) * 2016-10-09 2017-01-04 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种可标定系统误差的系统波像差检测方法
CN109708590A (zh) * 2019-01-23 2019-05-03 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种反射镜绝对加工面形的计算方法及系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
程灏波等: "《先进光学制造工程与技术原理》", 31 August 2013, 北京理工大学出版社 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117346687A (zh) * 2023-12-04 2024-01-05 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种修正干涉仪测量反射镜面形误差数据点的方法及系统
CN117346687B (zh) * 2023-12-04 2024-02-13 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种修正干涉仪测量反射镜面形误差数据点的方法及系统

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