CN110763139A - 结合可变形镜共焦定位的非球面误差干涉测量方法及系统 - Google Patents

结合可变形镜共焦定位的非球面误差干涉测量方法及系统 Download PDF

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Abstract

结合可变形镜共焦定位的非球面误差干涉测量方法及系统，通过部分补偿透镜和可变形镜，建立结合可变形镜共焦定位的非球面参数误差干涉测量系统，可变形镜作为会聚反射镜，不需要移动会聚反射镜，避免了在非球面参数误差干涉测量方法中，需要通过移动消球差透镜组来确定被测非球面的初始位置，从而更加准确地确定被测面和部分补偿透镜的相对位置，进而提高测量非球面的面型参数误差的测量精度，且能够实现非接触、全口径、速度快、精度高的测量，具有无需扫描系统、结构简单的优点。

Description

结合可变形镜共焦定位的非球面误差干涉测量方法及系统
技术领域
本发明涉及光学非球面测量的技术领域，尤其涉及一种结合可变形镜共焦定位的非球面误差干涉测量方法，以及结合可变形镜共焦定位的非球面误差干涉测量系统。
背景技术
非球面的面型参数包括顶点曲率半径和二次曲面常数。这两个参数共同决定了非球面的形状特征，其中，顶点曲率半径不仅影响非球面的轮廓，还决定了非球面的基本性质，进而影响光学系统的像差和成像质量；而二次曲面常数是非球面的分类依据。精确测量面型参数误差，对于光学非球面的加工和装调非常重要。通常情况下，利用接触法或非接触法可以获得被测面的面形轮廓，然后对面形轮廓进行曲率拟合，可以得到被测面的面型参数。面型参数的测量值与标称值的差值，即为该非球面的面型参数误差。
干涉法是一种通用的光学非球面面形测量方法，而部分补偿干涉法具有结构简单、设计加工难度低的优点。在部分补偿干涉系统中，准直光经过补偿透镜后，其波前与非球面并不是完全吻合的，因此，反射光再次经过补偿透镜后，不再是准直光。当非准直反射光与参考准直光干涉时就会得到理想干涉条纹，实际条纹与理想干涉条纹的差异就反映了被测非球面的面形误差。
部分补偿干涉法是一种相对测量方法，可以直接测得被测非球面的面形误差。但是，由于被测面和部分补偿透镜的相对位置无法确定，通过部分补偿干涉法无法直接获得被测非球面的面型参数误差，这是目前需要解决的一大难题。
申请人拥有的已授权专利(申请号：201810933104.6，发明名称：结合激光差动共焦定位的非球面参数误差干涉测量方法)公开了一种解决这一难题的方法，其利用激光差动共焦定位系统求取补偿镜和被测镜之间距离。具体为，步骤4.1：利用激光差动共焦定位系统确定部分补偿透镜P的初始位置，即消球差透镜组A最后一面到部分补偿透镜P第一面的轴向距离d1；将消球差透镜组A作为激光差动共焦定位系统的物镜镜头，利用激光差动共焦轴向强度响应特性曲线对部分补偿透镜P第一面进行定位，当曲线经过零点的时候，确定部分补偿透镜P的初始位置d1；步骤4.2：移动消球差透镜组A，确定被测非球面的初始位置，即部分补偿透镜P第二面到被测非球面顶点的轴向距离d2；将消球差透镜组A和部分补偿透镜P共同作为激光差动共焦定位系统的物镜镜头，利用激光差动共焦轴向强度响应特性曲线对被测非球面进行定位，当曲线经过零点的时候，确定被测非球面的初始位置d2＝d0；步骤4.3：建立包含部分补偿透镜P的实际干涉仪I0，并确定被测非球面的最佳补偿位置，即部分补偿透镜第二面到被测非球面顶点的轴向距离d3；根据实际干涉仪I0的干涉图对被测非球面镜进行定位，当干涉图的条纹最稀疏的时候，确定被测非球面和补偿镜P之间的距离为被测非球面的最佳补偿位置d3；步骤4.4：计算被测非球面与理想非球面之间的最佳补偿位置变化Δd：Δd＝d3-d2 (4)。
但是，这种方法需要移动消球差透镜组A，以便确定被测非球面的初始位置。消球差透镜组A的移动需要通过导轨实现，而导轨的定位误差以及导轨的直线度误差会对消球差透镜组A的定位精度有直接的影响，带来消球差透镜组A的定位误差。消球差透镜组A的定位误差会直接影响最佳补偿位置变化的测量，进而影响非球面参数的测量结果，带来非球面参数测量误差。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供了一种结合可变形镜共焦定位的非球面误差干涉测量方法，其避免了在非球面参数误差干涉测量方法中需要通过移动消球差透镜组来确定被测非球面的初始位置，从而能够去除导轨所引入的误差，更加准确地确定被测面和部分补偿透镜的相对位置，进而提高测量非球面的面型参数误差的测量精度，且能够实现非接触、全口径、速度快、精度高的测量，具有无需扫描系统、结构简单的优点。
本发明的技术方案是：这种结合可变形镜共焦定位的非球面误差干涉测量方法，其包括以下步骤：
(1)获取被测非球面名义参数，利用获取被测非球面名义参数，结合光学设计软件设计部分补偿透镜P，得到设计后的部分补偿透镜P的设计参数，并构建非球面参数误差干涉测量系统模型；
(2)根据步骤(1)得到的设计后部分补偿透镜P的设计参数，加工出部分补偿透镜P的实物，并根据部分补偿透镜P的设计参数以及部分补偿镜与理想非球面顶点的轴向距离d0设计可变形镜的一系列消球差面形，可变形镜作为会聚反射镜，这一系列消球差面形对应的可变形镜与部分补偿透镜之间的距离为d1，并设计焦距为d1的抛物面A；
(3)根据步骤(2)得到的部分补偿透镜P和可变形镜组，建立结合可变形镜共焦定位的非球面参数误差干涉测量系统；
(4)利用步骤(3)建立的结合可变形镜共焦定位的非球面参数误差干涉测量系统，获得最佳补偿位置变化Δd；
(5)测量被测非球面与理想非球面之间的面形变化，并计算面形变化S4分量的系数ΔD4；
(6)根据联立的方程组(3)、(4)，计算非球面的面型参数误差，实现对非球面的面型参数误差的测量，联立的方程组(3)、(4)的具体形式为：
Figure BDA0002285750310000041
其中，R0是非球面的顶点曲率半径，ΔR是顶点曲率半径误差；K0是二次曲面常数，ΔK是二次曲面常数误差；SA是非球面的特征点到旋转对称轴的径向距离；±的符号选择原则为：凹非球面的符号选择为+，凸非球面的符号选择为–。
本发明通过部分补偿透镜和可变形镜，建立结合可变形镜共焦定位的非球面参数误差干涉测量系统，可变形镜作为会聚反射镜，不需要移动会聚反射镜，避免了在非球面参数误差干涉测量方法中需要通过移动消球差透镜组来确定被测非球面的初始位置，从而能够去除导轨所引入的误差，更加准确地确定被测面和部分补偿透镜的相对位置，进而提高测量非球面的面型参数误差的测量精度，且能够实现非接触、全口径、速度快、精度高的测量，具有无需扫描系统、结构简单的优点。
还提供了一种结合可变形镜共焦定位的非球面误差干涉测量系统，其包括：参考平面镜(1)、分光镜(2)、部分补偿透镜P(3)、可变形镜组、被测非球面(6)、实际干涉仪IO，可变形镜组包括A面形(4)和B面形(5)；平行光经过分光镜后到达A面形，A面形是焦距为d1且为抛物面的透镜，光线经过A面形反射、分光镜反射后会聚到部分补偿透镜P(3)的第一面，此时部分补偿透镜P(3)的位置为初始位置d1；将A面形改为B面形，平行光经过分光镜后到达B面形，A面形是焦距为d1且为抛物面的透镜，光线经过B面形反射、分光镜反射、部分补偿透镜P(3)后会聚到被测非球面(6)，此时部分补偿透镜P(3)的第二面到被测非球面(6)顶点的轴向距离为d2(7)；采用另一路平行光，根据实际干涉仪IO的干涉图对被测非球面(6)进行定位，当干涉图的条纹最稀疏的时候，确定被测非球面(6)和部分补偿透镜P(3)之间的距离为被测非球面(6)的最佳补偿位置d3(8)。
附图说明
图1是根据本发明的结合可变形镜共焦定位的非球面误差干涉测量方法的流程图。
图2是通过可变形镜共焦定位系统确定部分补偿透镜初始位置d1的光路图。
图3是通过可变形镜共焦定位系统确定被测非球面初始位置d2的光路图。
图4是通过实际部分补偿干涉系统确定被测非球面最佳补偿位置d3的光路图。
其中，1-参考平面镜、2-分光镜、3-部分补偿透镜、4-焦距为d1的面形为A时的可变形镜、5-面形为B时的可变形镜、6-被测非球面、7-被测非球面的初始位置d2、8-被测非球面最佳补偿位置d3。
具体实施方式
由于消球差透镜组A的移动需要通过导轨实现，而导轨的定位误差以及导轨的直线度误差会对消球差透镜组A的定位精度有直接的影响，带来消球差透镜组A的定位误差。消球差透镜组A的定位误差会直接影响最佳补偿位置变化的测量，进而影响非球面参数的测量结果，带来非球面参数测量误差。申请人经过长时间思考和反复试验，通过可变形镜取代消球差透镜组A，将可变形镜作为会聚反射镜，不需要移动会聚反射镜，就能够求取补偿镜和被测镜之间距离。这并不是简单的替代，而是要对整个非球面误差干涉测量方法和系统进行全新的改变。
如图1所示，这种结合可变形镜共焦定位的非球面误差干涉测量方法，其包括以下步骤：
(1)获取被测非球面名义参数，利用获取被测非球面名义参数，结合光学设计软件设计部分补偿透镜P，得到设计后的部分补偿透镜P的设计参数，并构建非球面参数误差干涉测量系统模型；
(2)根据步骤(1)得到的设计后部分补偿透镜P的设计参数，加工出部分补偿透镜P的实物，并根据部分补偿透镜P的设计参数以及部分补偿镜与理想非球面顶点的轴向距离d0设计可变形镜的一系列消球差面形，可变形镜作为会聚反射镜，这一系列消球差面形对应的可变形镜与部分补偿透镜之间的距离为d1，并设计焦距为d1的抛物面A；
(3)根据步骤(2)得到的部分补偿透镜P和可变形镜组，建立结合可变形镜共焦定位的非球面参数误差干涉测量系统；
(4)利用步骤(3)建立的结合可变形镜共焦定位的非球面参数误差干涉测量系统，获得最佳补偿位置变化Δd；
(5)测量被测非球面与理想非球面之间的面形变化，并计算面形变化S4分量的系数ΔD4；
(6)根据联立的方程组(3)、(4)，计算非球面的面型参数误差，实现对非球面的面型参数误差的测量，联立的方程组(3)、(4)的具体形式为：
Figure BDA0002285750310000061
Figure BDA0002285750310000071
其中，R0是非球面的顶点曲率半径，ΔR是顶点曲率半径误差；K0是二次曲面常数，ΔK是二次曲面常数误差；SA是非球面的特征点到旋转对称轴的径向距离；±的符号选择原则为：凹非球面的符号选择为+，凸非球面的符号选择为–。
本发明通过部分补偿透镜和可变形镜，建立结合可变形镜共焦定位的非球面参数误差干涉测量系统，可变形镜作为会聚反射镜，不需要移动会聚反射镜，避免了在非球面参数误差干涉测量方法中需要通过移动消球差透镜组来确定被测非球面的初始位置，从而能够去除导轨所引入的误差，更加准确地确定被测面和部分补偿透镜的相对位置，进而提高测量非球面的面型参数误差的测量精度，且能够实现非接触、全口径、速度快、精度高的测量，具有无需扫描系统、结构简单的优点。
优选地，所述步骤(1)包括以下分步骤：
(1.1)获取被测非球面名义参数，其包括：被测非球面的口径、顶点曲率半径、二次曲面常数和高次非球面系数；
(1.2)利用获取被测非球面名义参数，结合光学设计软件设计部分补偿透镜P，得到设计后的部分补偿透镜P的设计参数，部分补偿透镜P的设计参数包括：部分补偿透镜P的第一面曲率半径、厚度、材料、第二面曲率半径和口径；
(1.3)结合光学设计软件构建非球面参数误差干涉测量系统模型：
光学设计软件中构建包含部分补偿透镜P的虚拟干涉仪IR，并确定理想非球面的最佳补偿位置，部分补偿透镜P的第二面到理想非球面顶点的轴向距离d0；
根据步骤(1.1)确定的被测非球面名义参数和步骤(1.2)确定的部分补偿透镜P的设计参数，确定理想非球面的最佳补偿位置，作为部分补偿透镜第二面到理想非球面顶点的轴向距离d0：
Figure BDA0002285750310000081
其中，d0是部分补偿透镜第二面到理想非球面顶点的轴向距离；LP是部分补偿透镜第二面到部分补偿透镜近轴焦点的距离，通过近轴光学公式进行确定；R0是非球面的顶点曲率半径，K0是二次曲面常数；
A4是四次非球面系数；SA是非球面的特征点到旋转对称轴的径向距离，通过斜率非球面度定义进行确定；±的符号选择原则为：凹非球面的符号选择为+，凸非球面的符号选择为–；
结合光学设计软件构建包含部分补偿透镜P的虚拟干涉仪IR作为非球面参数误差干涉测量系统模型。
优选地，所述步骤(4)包括以下分步骤：
(4.1)利用可变形镜共焦定位系统确定部分补偿透镜P的初始位置，可变形镜面形变为焦距为d1的抛物面面形A，焦点会聚到部分补偿透镜P第一面上；
(4.2)改变可变形镜的面形，确定被测非球面的初始位置，作为部分补偿透镜P第二面到被测非球面顶点的轴向距离d2；
(4.3)建立包含部分补偿透镜P的实际干涉仪IO，并确定被测非球面的最佳补偿位置，作为部分补偿透镜第二面到被测非球面顶点的轴向距离d3；
(4.4)计算被测非球面与理想非球面之间的最佳补偿位置变化Δd：
Δd＝d3-d2 (6)。
优选地，所述步骤(4.1)中，将可变形镜作为可变形镜共焦定位系统的物镜镜头，利用可变形镜共焦轴向强度响应特性曲线对部分补偿透镜P第一面进行定位，调整可变形镜面形变为抛物面A，焦距为d1，沿光轴调整部分补偿透镜P，当曲线经过共焦曲线顶点的时候，确定部分补偿透镜P的初始位置d1。
优选地，所述步骤(4.2)中，将可变形镜和部分补偿透镜P共同作为可变形镜物镜镜头，利用步骤2中设计出的可变形镜的消球差面形对被测非球面进行定位，当共焦曲线经过共焦曲线顶点的时候，确定此时可变形镜的消球差面形B，结合部分补偿透镜P计算确定被测非球面的初始位置d2＝d0。
优选地，所述步骤(4.3)中，根据实际干涉仪IO的干涉图对被测非球面镜进行定位，当干涉图的条纹最稀疏的时候，确定被测非球面和部分补偿透镜P之间的距离为被测非球面的最佳补偿位置d3。
优选地，所述光学设计软件包括ZEMAX、CODE V。
还提供了一种结合可变形镜共焦定位的非球面误差干涉测量系统，其包括：参考平面镜1、分光镜2、部分补偿透镜P 3、可变形镜组、被测非球面6、实际干涉仪IO，可变形镜组包括A面形4和B面形5；平行光经过分光镜后到达A面形，A面形是焦距为d1且为抛物面的透镜，光线经过A面形反射、分光镜反射后会聚到部分补偿透镜P 3的第一面，此时部分补偿透镜P 3的位置为初始位置d1；将A面形改为B面形，平行光经过分光镜后到达B面形，A面形是焦距为d1且为抛物面的透镜，光线经过B面形反射、分光镜反射、部分补偿透镜P3后会聚到被测非球面6，此时部分补偿透镜P 3的第二面到被测非球面6顶点的轴向距离为d2 7；采用另一路平行光，根据实际干涉仪IO的干涉图对被测非球面6进行定位，当干涉图的条纹最稀疏的时候，确定被测非球面6和部分补偿透镜P 3之间的距离为被测非球面6的最佳补偿位置d3 8。
以下详细说明本发明的一个具体实施例。
结合可变形镜共焦定位的非球面参数误差干涉测量方法，按以下方式实现：
建立结合可变形镜共焦定位的非球面参数误差干涉测量方法流程如附图1所示，具体实施步骤为：
步骤1：获取被测非球面名义参数，利用获取被测非球面名义参数，结合光学设计软件设计部分补偿透镜3，得到设计后的部分补偿透镜3的设计参数，并构建非球面参数误差干涉测量系统模型。
步骤1.1：获取被测非球面名义参数。
获取被测非球面名义参数包括被测非球面的口径、顶点曲率半径、二次曲面常数和高次非球面系数。
在本实施例中，被测面为凸非球面：口径D＝80mm；顶点曲率半径R0＝850mm；二次曲面常数K0＝–1.2；高次非球面系数A2i＝0，i＝2，3，4，……。
步骤1.2：利用获取被测非球面名义参数，结合光学设计软件设计部分补偿透镜3。
相关参数包括部分补偿透镜3的第一面曲率半径，厚度，材料，第二面曲率半径和口径。
在本实施例中，采用的光学设计软件为ZEMAX，部分补偿透镜3为双凸单透镜，参数为第一面曲率半径578.4mm，厚度22.0mm，材料K9玻璃，折射率n＝1.51630，第二面曲率半径3350.0mm，口径100mm。
步骤1.3：利用获取被测非球面名义参数，结合光学设计软件构建非球面参数误差干涉测量系统模型。
在光学仿真软件中建立包含部分补偿透镜3的虚拟干涉仪IV，并确定理想非球面的最佳补偿位置，即部分补偿透镜3第二面到理想非球面顶点的轴向距离
Figure BDA0002285750310000111
通过近轴光学公式，确定部分补偿透镜第二面到部分补偿透镜近轴焦点的距离LP＝944.76mm。
通过斜率非球面度定义，确定非球面的特征点到旋转对称轴的径向距离SA＝34.4mm，计算
Figure BDA0002285750310000112
根据被测凸非球面名义参数和部分补偿透镜3的相关参数，确定理想非球面的最佳补偿位置d0＝944.76–850.84＝93.92mm。
步骤2：根据步骤1得到的设计后部分补偿透镜3的设计参数，加工出部分补偿透镜3的实物，并根据部分补偿透镜3的设计参数与理想非球面顶点的轴向距离d0设计可变形镜的一系列消球差面形S，这一系列消球差面形对应的可变形镜与部分补偿透镜之间的距离为d1，并设计焦距为d1的抛物面A。
在本实施例中，设计的可变形镜的一系列消球差面形与部分补偿镜构建成以0.01mm为间距，大于等于90mm小于等于96mm的一系列可变形共焦镜组。d1＝501.26mm
步骤3：根据步骤2得到的部分补偿透镜3和可变形镜4建立结合可变形镜共焦定位的非球面参数误差干涉测量系统。
步骤4：利用步骤3建立的结合可变形镜共焦定位的非球面参数误差干涉测量系统，获得最佳补偿位置变化Δd。
步骤4.1：利用可变形镜共焦定位系统确定部分补偿透镜3的初始位置，可变形镜面形4变为焦距为d1的抛物面面形A，焦点会聚到部分补偿透镜3第一面上。
如附图2所示，将可变形镜4作为可变形镜共焦定位系统的物镜镜头，利用共焦轴向强度响应特性曲线对部分补偿透镜3第一面进行定位，调整可变形镜4面形变为抛物面A，焦距为d1＝501.26mm，沿光轴调整部分补偿透镜3，当曲线经过共焦曲线顶点的时候，确定部分补偿透镜3的初始位置d1。
步骤4.2：改变可变形镜的面形5，确定被测非球面6的初始位置，即部分补偿透镜3第二面到被测非球面6顶点的轴向距离d27。
将可变形镜5和部分补偿透镜3共同作为可变形镜物镜镜头，利用步骤2中设计出的可变形镜5的消球差面形对被测非球面进行定位，当共焦曲线经过共焦曲线顶点的时候，确定此时可变形镜的消球差面形S，结合部分补偿透镜P计算确定被测非球面的初始位置d2＝d0＝93.92mm。
步骤4.3：建立包含部分补偿透镜3的实际干涉仪IO，并确定被测非球面6的最佳补偿位置，即部分补偿透镜3第二面到被测非球面6顶点的轴向距离d38。
如附图四所示，采用另一路平行光，根据实际干涉仪IO的干涉图对被测非球面6进行定位，当干涉图的条纹最稀疏的时候，确定被测非球面6和补偿镜3之间的距离为被测非球面6的最佳补偿位置d38，d3＝91.87mm。
步骤4.4：计算被测非球面与理想非球面之间的最佳补偿位置变化Δd：
Δd＝d3-d2＝91.87-93.92＝-2.05mm (7)
步骤5：测量被测非球面与理想非球面之间的面形变化，并计算面形变化S4分量的系数ΔD4＝–2.17×10–11mm–3。
步骤6：根据方程组的联立，计算被测非球面6的面型参数误差，方程组的具体形式为：
Figure BDA0002285750310000121
Figure BDA0002285750310000131
其中，ΔR是顶点曲率半径误差；ΔK是二次曲面常数误差。
计算被测非球面6的面型参数误差，顶点曲率半径误差ΔR＝1.9981mm，二次曲面常数误差ΔK＝–0.1497。
综上，相对测量精度为
Figure BDA0002285750310000132
Figure BDA0002285750310000133
其中，ΔR0＝2mm是被测非球面5的实际顶点曲率半径误差，ΔK0＝–0.15是被测非球面6的实际二次曲面常数误差。
本实施例中，被测非球面6使用的是凸非球面，但本方法并不限于这一种类型的非球面，也可以使用凹非球面。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.结合可变形镜共焦定位的非球面误差干涉测量方法，其特征在于：其包括以下步骤：
(1)获取被测非球面名义参数，利用获取被测非球面名义参数，结合光学设计软件设计部分补偿透镜P，得到设计后的部分补偿透镜P的设计参数，并构建非球面参数误差干涉测量系统模型；
(2)根据步骤(1)得到的设计后部分补偿透镜P的设计参数，加工出部分补偿透镜P的实物，并根据部分补偿透镜P的设计参数以及部分补偿镜与理想非球面顶点的轴向距离d0设计可变形镜的一系列消球差面形，可变形镜作为会聚反射镜，这一系列消球差面形对应的可变形镜与部分补偿透镜之间的距离为d1，并设计焦距为d1的抛物面A；
(3)根据步骤(2)得到的部分补偿透镜P和可变形镜组，建立结合可变形镜共焦定位的非球面参数误差干涉测量系统；
(4)利用步骤(3)建立的结合可变形镜共焦定位的非球面参数误差干涉测量系统，获得最佳补偿位置变化Δd；
(5)测量被测非球面与理想非球面之间的面形变化，并计算面形变化S4分量的系数ΔD4；
(6)根据联立的方程组(3)、(4)，计算非球面的面型参数误差，实现对非球面的面型参数误差的测量，联立的方程组(3)、(4)的具体形式为：
Figure FDA0002285750300000011
Figure FDA0002285750300000012
其中，R0是非球面的顶点曲率半径，ΔR是顶点曲率半径误差；K0是二次曲面常数，ΔK是二次曲面常数误差；SA是非球面的特征点到旋转对称轴的径向距离；±的符号选择原则为：凹非球面的符号选择为+，凸非球面的符号选择为–。
2.根据权利要求1所述的结合可变形镜共焦定位的非球面误差干涉测量方法，其特征在于：所述步骤(1)包括以下分步骤：
(1.1)获取被测非球面名义参数，其包括：被测非球面的口径、顶点曲率半径、二次曲面常数和高次非球面系数；
(1.2)利用获取被测非球面名义参数，结合光学设计软件设计部分补偿透镜P，得到设计后的部分补偿透镜P的设计参数，部分补偿透镜P的设计参数包括：部分补偿透镜P的第一面曲率半径、厚度、材料、第二面曲率半径和口径；
(1.3)结合光学设计软件构建非球面参数误差干涉测量系统模型：
光学设计软件中构建包含部分补偿透镜P的虚拟干涉仪IR，并确定理想非球面的最佳补偿位置，部分补偿透镜P的第二面到理想非球面顶点的轴向距离d0；
根据步骤(1.1)确定的被测非球面名义参数和步骤(1.2)确定的部分补偿透镜P的设计参数，确定理想非球面的最佳补偿位置，作为部分补偿透镜第二面到理想非球面顶点的轴向距离d0：
Figure FDA0002285750300000021
其中，d0是部分补偿透镜第二面到理想非球面顶点的轴向距离；LP是部分补偿透镜第二面到部分补偿透镜近轴焦点的距离，通过近轴光学公式进行确定；R0是非球面的顶点曲率半径，K0是二次曲面常数；A4是四次非球面系数；SA是非球面的特征点到旋转对称轴的径向距离，通过斜率非球面度定义进行确定；±的符号选择原则为：凹非球面的符号选择为+，凸非球面的符号选择为–；
结合光学设计软件构建包含部分补偿透镜P的虚拟干涉仪IR作为非球面参数误差干涉测量系统模型。
3.根据权利要求2所述的结合可变形镜共焦定位的非球面误差干涉测量方法，其特征在于：所述步骤(4)包括以下分步骤：
(4.1)利用可变形镜共焦定位系统确定部分补偿透镜P的初始位置，可变形镜面形变为焦距为d1的抛物面面形A，焦点会聚到部分补偿透镜P第一面上；
(4.2)改变可变形镜的面形，确定被测非球面的初始位置，作为部分补偿透镜P第二面到被测非球面顶点的轴向距离d2；
(4.3)建立包含部分补偿透镜P的实际干涉仪IO，并确定被测非球面的最佳补偿位置，作为部分补偿透镜第二面到被测非球面顶点的轴向距离d3；
(4.4)计算被测非球面与理想非球面之间的最佳补偿位置变化Δd：
Δd＝d3-d2 (4)。
4.根据权利要求3所述的结合可变形镜共焦定位的非球面误差干涉测量方法，其特征在于：所述步骤(4.1)中，将可变形镜作为可变形镜共焦定位系统的物镜镜头，利用可变形镜共焦轴向强度响应特性曲线对部分补偿透镜P第一面进行定位，调整可变形镜面形变为抛物面A，焦距为d1，沿光轴调整部分补偿透镜P，当曲线经过共焦曲线顶点的时候，确定部分补偿透镜P的初始位置d1。
5.根据权利要求4所述的结合可变形镜共焦定位的非球面误差干涉测量方法，其特征在于：所述步骤(4.2)中，将可变形镜和部分补偿透镜P共同作为可变形镜物镜镜头，利用步骤2中设计出的可变形镜的消球差面形对被测非球面进行定位，当共焦曲线经过共焦曲线顶点的时候，确定此时可变形镜的消球差面形B，结合部分补偿透镜P计算确定被测非球面的初始位置d2＝d0。
6.根据权利要求5所述的结合可变形镜共焦定位的非球面误差干涉测量方法，其特征在于：所述步骤(4.3)中，根据实际干涉仪IO的干涉图对被测非球面镜进行定位，当干涉图的条纹最稀疏的时候，确定被测非球面和部分补偿透镜P之间的距离为被测非球面的最佳补偿位置d3。
7.根据权利要求1所述的结合可变形镜共焦定位的非球面误差干涉测量方法，其特征在于：所述光学设计软件包括ZEMAX、CODE V。
8.根据权利要求1所述的结合可变形镜共焦定位的非球面误差干涉测量方法的结合可变形镜共焦定位的非球面误差干涉测量系统，其特征在于：其包括：参考平面镜(1)、分光镜(2)、部分补偿透镜P(3)、可变形镜组、被测非球面(6)、实际干涉仪IO，可变形镜组包括A面形(4)和B面形(5)；平行光经过分光镜后到达A面形，A面形是焦距为d1且为抛物面的透镜，光线经过A面形反射、分光镜反射后会聚到部分补偿透镜P(3)的第一面，此时部分补偿透镜P(3)的位置为初始位置d1；将A面形改为B面形，平行光经过分光镜后到达B面形，A面形是焦距为d1且为抛物面的透镜，光线经过B面形反射、分光镜反射、部分补偿透镜P(3)后会聚到被测非球面(6)，此时部分补偿透镜P(3)的第二面到被测非球面(6)顶点的轴向距离为d2(7)；采用另一路平行光，根据实际干涉仪IO的干涉图对被测非球面(6)进行定位，当干涉图的条纹最稀疏的时候，确定被测非球面(6)和部分补偿透镜P(3)之间的距离为被测非球面(6)的最佳补偿位置d3(8)。
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