CN113008159B - 非圆柱面面形的可变一维球差干涉测量系统及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非圆柱面面形的可变一维球差干涉测量系统及应用方法，包括波面干涉仪、圆柱面CGH、柱面单透镜和非圆柱面，波面干涉仪通过平面镜头发出的平面波面依次经过圆柱面CGH、柱面单透镜后落到非圆柱面上，柱面单透镜安装在沿光轴方向布置的轨道上，通过改变柱面单透镜到圆柱面CGH的距离提供变化的用于补偿非圆柱面的一维球差，以及通过改变非圆柱面与柱面单透镜的距离可以适应不同曲率半径的非圆柱面的检测。本发明能够在不更换补偿器的情况下对大范围参数变化的非圆柱面面形进行干涉测量，可实现大范围参数变化的非圆柱面的检测，提高检测效率、降低检测成本。

Description

非圆柱面面形的可变一维球差干涉测量系统及应用方法

技术领域

本发明涉及光学精密测量领域，具体涉及一种非圆柱面面形的可变一维球差干涉测量系统及应用方法。

背景技术

柱面是一个方向的曲率半径为有限值，另一个方向的曲率半径为无穷大的曲面，可看作是由直母线沿着垂直于母线的平面内曲线运动而生成。由于柱面的双曲率性质，柱面光学元件常用于校正像散或线聚焦/成像，例如抛物柱面可将平行光束聚焦到其焦线上(截面抛物线的焦点沿母线方向的连线)。高精度的光学柱面反射镜强激光系统、同步辐射系统和X射线望远镜系统中，在未来高能激光武器、核科学与新能源研究、天体物理学等国防和民用领域都将发挥重要作用。

非圆柱面的面形误差超精密测量是其制造的前提。传统干涉检测要求检测波面的形状与被测面理论形状完全一致。但干涉仪只有平面和球面标准镜头。测量非圆柱面时，需要干涉仪平面或球面镜头后放置一个CGH，将标准波前变换为与被测非圆柱面理想匹配的波前。然而，CGH只能实现一种形式的波前变换，是“一对一”定制化设计的，因此只能实现一种被测非圆柱面的检测。检测不同非圆柱面需要定制不同的CGH，检测效率低下，检测成本较高。

为了提高补偿器的灵活性，可以采用部分像差补偿的方法，使像差可被波面干涉仪解析即可。公告号为CN1587950A的中国专利文献公开了“一种用部分补偿透镜实现非球面面形的干涉测量方法”，但只能实现不同旋转对称非球面的测量。在突破非圆柱面干涉检测的灵活性方面。公告号为CN 108267094A的中国专利文献公开了“一种基于旋转CGH的非圆柱面干涉拼接测量系统及方法”，通过旋转柱面CGH的旋转角度可以使检测非圆柱面不同子孔径时的干涉条纹可以解析，但是其方法必须配合子孔径拼接使用，无法直接用来实现非圆柱面的全口径检测。公开号CN110823127A的中国专利文献公开了“一种基于圆柱面部分补偿器的非圆柱面面形干涉测量系统及方法”。采用一个圆柱面部分补偿器置于干涉仪平面波前之后，通过改变被测非圆柱面到柱面部分补偿器的距离以适应不同非圆柱面的检测。然而这种方法由于采用平行光入射，并且柱面部分补偿器相对于干涉仪的位置没有变化，因此部分补偿器出射的非圆柱面波前的一维球差为恒定值，只能近似检测一维球差幅值近似、顶点曲率半径不同的非圆柱面，可测非圆柱面的范围很小。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种非圆柱面面形的可变一维球差干涉测量系统及应用方法，本发明能够在不更换补偿器的情况下对大范围参数变化的非圆柱面面形进行干涉测量，可实现大范围参数变化的非圆柱面的检测，提高检测效率、降低检测成本。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种非圆柱面面形的可变一维球差干涉测量系统，包括波面干涉仪、圆柱面CGH、柱面单透镜和非圆柱面，所述波面干涉仪带有平面镜头，所述波面干涉仪通过平面镜头发出的平面波面依次经过圆柱面CGH、柱面单透镜后落到非圆柱面上，所述圆柱面CGH用于将平面镜头发出的平面波面转换成圆柱面波面，所述柱面单透镜用于将圆柱面CGH发出的圆柱面波面转换成非圆柱面波面，所述柱面单透镜安装在沿光轴方向布置的轨道上，以通过改变柱面单透镜到圆柱面CGH的距离提供变化的用于补偿非圆柱面的一维球差，以及通过改变非圆柱面与柱面单透镜的距离可以适应不同曲率半径的非圆柱面的检测。

可选地，所述平面镜头上还设有用于检测柱面单透镜到圆柱面CGH的距离、非圆柱面与柱面单透镜的距离的测距装置。

可选地，所述测距装置为基于短相干的干涉仪、双频激光干涉仪、外差测距干涉仪、迈克耳逊干涉仪、光纤干涉测距仪或激光跟踪仪。

可选地，所述波面干涉仪为菲索型干涉仪或泰曼-格林型干涉仪。

可选地，所述柱面单透镜为双凸圆柱面透镜、双凹圆柱面透镜、平凸圆柱面透镜、平凹圆柱面透镜中的一种或任意两种以上的组合。

可选地，所述非圆柱面的截面为二次曲线或高次曲线。

可选地，所述二次曲线或高次曲线的柱面的函数表达式为：

上式中，z表示非圆柱面的矢高，c为顶点曲率，k为非圆柱面的截面曲线的二次常数，A₄,A₆,A₈,…分别为非圆柱面的截面曲线高次项x⁴,x⁶,x⁸,…的系数，x为二次曲线或高次曲线的柱面上任意点的x轴横坐标。

此外，本发明还提供一种所述的非圆柱面面形的可变一维球差干涉测量系统的应用方法，包括：

S1)在波面干涉仪的平面镜头之后放入圆柱面CGH，并通过圆柱面CGH的对准区域调整圆柱面CGH，完成圆柱面CGH与干涉仪的对准；

S2)在圆柱面CGH焦线之后依次放置柱面单透镜和非圆柱面；

S3)调整柱面单透镜到圆柱面CGH之间的距离，以及非圆柱面到柱面单透镜之间的距离，使干涉条纹可解析，并实施干涉检测得到干涉测量结果；

S4)在圆柱面CGH和平面镜头之间插入测距装置，测量柱面单透镜到圆柱面CGH的距离以及非圆柱面到柱面单透镜的距离；

S5)基于测距装置的测量结果，圆柱面CGH、柱面单透镜和非圆柱面的设计参数，在光学设计软件中对检测光路进行仿真，得到检测光路的理论剩余像差；

S6)根据干涉测量结果和检测光路的理论剩余像差获取非圆柱面的面形误差。

可选地，步骤S6)中在光学设计软件中对检测光路进行仿真时，仿真柱面单透镜到圆柱面CGH的焦线距离为50mm到200mm范围内，非圆柱面到柱面单透镜之间的距离在0到3500mm范围内。

可选地，步骤S6)中根据干涉测量结果和检测光路的理论剩余像差获取非圆柱面的面形误差具体是指将检测光路的理论剩余像差从干涉测量结果中去除，从而得到非圆柱面的面形误差。

和现有技术相比，本发明具有下述优点：本发明包括波面干涉仪、圆柱面CGH、柱面单透镜和非圆柱面，所述波面干涉仪带有平面镜头，柱面单透镜安装在沿光轴方向布置的轨道上，以通过改变柱面单透镜到圆柱面CGH的距离提供变化的用于补偿非圆柱面的一维球差，以及通过改变非圆柱面与柱面单透镜的距离可以适应不同曲率半径的非圆柱面的检测，与大范围参数变化的非圆柱面相匹配，可以实现大范围参数变化的非圆柱面的检测，提高检测效率、降低检测成本。

附图说明

图1为本发明实施例中可变一维球差干涉测量系统的原理结构示意图。

图2为本发明实施例系统检测待测非圆柱面时的仿真光路。

图3为本发明实施例系统检测待测非圆柱面时对检测光路进行仿真得到的理论剩余像差。

图中各标号表示：1、波面干涉仪；2、平面镜头；3、测距装置；4、圆柱面CGH；5、柱面单透镜；6、非圆柱面(待测对象)。

具体实施方式

如图1所示，本实施例非圆柱面面形的可变一维球差干涉测量系统包括波面干涉仪1、圆柱面CGH4、柱面单透镜5和非圆柱面6，波面干涉仪1带有平面镜头2，波面干涉仪1通过平面镜头2发出的平面波面依次经过圆柱面CGH4、柱面单透镜5后落到非圆柱面6上，圆柱面CGH4用于将平面镜头2发出的平面波面转换成圆柱面波面，柱面单透镜5用于将圆柱面CGH4发出的圆柱面波面转换成非圆柱面波面，柱面单透镜5安装在沿光轴方向布置的轨道上，以通过改变柱面单透镜5到圆柱面CGH4的距离提供变化的用于补偿非圆柱面6的一维球差，以及通过改变非圆柱面6与柱面单透镜5的距离可以适应不同曲率半径的非圆柱面6的检测。

本实施例非圆柱面面形的可变一维球差干涉测量系统的测量原理为：非圆柱面6与圆柱面的偏差主要是一维球差，因此波面干涉仪1配合圆柱面CGH4检测非圆柱面6时主要需要额外补偿非圆柱面的一维球差。根据赛得像差理论，通过改变柱面单透镜5到圆柱面CGH4的距离可以提供变化的一维球差。非圆柱面6的主要形状定义参数主要包括二次常数k和曲率半径R，不同二次常数k和曲率半径R定义的非圆柱面的一维球差不同。因此，通过改变柱面单透镜5到圆柱面CGH4的距离可以近似匹配不同非圆柱面的一维球差。并且通过改变非圆柱面6与柱面单透镜5的距离可以适应不同曲率半径的非圆柱面6的检测。通过改变柱面单透镜5到圆柱面CGH4的距离以及非圆柱面6与柱面单透镜5的距离，当满足部分补偿条件即干涉条纹即可解析时，即可实施干涉测量。

根据赛得像差理论，通过改变柱面单透镜5到圆柱面CGH 4的距离可以提供变化的一维球差。具体分析如下：通过对回转对称非球面的Dall像差补偿器进行像差分析可以拓展到非圆柱面的检测。根据三级像差理论不难得到回转对称Dall补偿器产生的补偿球差公式(1)，并通过与二次回转对称非球面的球差系数公式(2)和补偿检测原理公式(3)联立求解，可得到Dall补偿检测的初始设计参数。

S_I ^(非)＝2kRu⁴ (2)

-2S_I ^(补)＝S_I ^(非) (3)

上式中，S_I ^(补)表示Dall补偿器产生的初级球差，h代表补偿器的半孔径，

是与Dall补偿器两表面的曲率有关的函数，P₁是补偿器材料折射率的函数。S_I ^(非)表示被测非球面的初级球差，k是被测面的二次常数，R是被测面的顶点曲率半径，u是孔径角。

通过对比非圆柱面与回转对称非球面的补偿检测，可以将上述设计原理应用到柱面单透镜的设计中。将方程(4)中的半孔径h的表达式带入方程(1)，可得到用孔径角表示的Dall补偿器产生初级球差的公式(5)。

h＝stanu≈su (4)

上式中，h代表补偿器的半孔径，s表示圆柱面CGH会聚焦线与柱面单透镜的距离，u是孔径角，S_I ^(补)表示Dall补偿器产生的初级球差，P₁是补偿器材料折射率的函数。

将方程(5)与方程(2)、(3)联立可得到：

上式中，

是与Dall补偿器两表面的曲率有关的函数，P₁是补偿器材料折射率的函数，s表示圆柱面CGH会聚焦线与柱面单透镜的距离，k是被测面的二次常数，R是被测面的顶点曲率半径。由式(6)可得到一种针对非圆柱面检测的可变一维球差柱面单透镜的设计和补偿原理，其具有以下两点性质：1)固定圆柱面CGH会聚焦线与柱面单透镜的距离s,改变被测非圆柱面到柱面单透镜的距离l，理论上可以测一组k·R近似为常数的非圆柱面。Robinson等人证明了二次回转对称非球面波前在较短传播距离范围内其等距非球面波。将其推导过程应用到非圆柱面波前的传播过程中，可以很容易得到相同的结论。因此，这一组k·R近似为常数的被测非圆柱面是等距面。2)改变圆柱面CGH会聚焦线与柱面单透镜的距离s,可测的非圆柱面等距组的k·R近似为不同常数。综上所述，非圆柱面6的主要形状定义参数主要包括二次常数k和曲率半径R，不同二次常数k和曲率半径R定义的非圆柱面的一维球差不同。因此，通过改变柱面单透镜5到圆柱面CGH 4的距离可以近似匹配不同非圆柱面的一维球差。并且通过改变非圆柱面6与柱面单透镜5的距离可以适应不同曲率半径的非圆柱面的检测。通过改变柱面单透镜5到圆柱面CGH 4的距离以及非圆柱面6与柱面单透镜5的距离，当满足部分补偿条件即干涉条纹即可解析时，即可实施干涉测量。所述的测距装置3用以测量柱面单透镜5到圆柱面CGH 4的距离以及非圆柱面6到柱面单透镜5的距离。基于测距装置的测量结果，在光学设计软件中对检测光路进行仿真，得到检测光路的理论剩余像差。根据干涉测量结果和检测光路的理论剩余像差获取所述待测非圆柱面的面形误差。

参见图1，平面镜头2上还设有用于检测柱面单透镜5到圆柱面CGH4的距离、非圆柱面6与柱面单透镜5的距离的测距装置3。测距装置3用以测量柱面单透镜5到圆柱面CGH4的距离以及非圆柱面6到柱面单透镜5的距离。基于测距装置3的测量结果，在光学设计软件中对检测光路进行仿真，得到检测光路的理论剩余像差。根据干涉测量结果和检测光路的理论剩余像差获取所述待测非圆柱面6的面形误差。

测距装置3用以检测柱面单透镜5到圆柱面CGH 4的距离以及非圆柱面6与柱面单透镜5的距离，精度在微米量级。基于测距装置3的测量结果，可以在光学设计软件中对检测光路进行仿真，得到检测光路的理论剩余像差。进而获取被测面的面形误差。测距装置3可为基于短相干的干涉仪、双频激光干涉仪、外差测距干涉仪、迈克耳逊干涉仪、光纤干涉测距仪或激光跟踪仪。

波面干涉仪1用以产生测试波前，与其内部的参考波前发生干涉，产生干涉条纹图，用以记录测试波前的畸变，被测面的面形误差在检测光路中体现为测试波前的畸变。波面干涉仪1可为菲索型干涉仪或泰曼-格林型干涉仪。

柱面单透镜5用以将圆柱面CGH 4发出的圆柱面波前转换为非圆柱面波前。非圆柱面波前的一维球差数值随柱面单透镜5到圆柱面CGH 4的距离变化而改变，并通过沿光轴移动待测非圆柱面6可以使待测非圆柱面与特定距离处的非圆柱面波前近似匹配，达到部分补偿条件，即条纹可以解析。其中，柱面单透镜5可为双凸圆柱面透镜、双凹圆柱面透镜、平凸圆柱面透镜、平凹圆柱面透镜中的一种或任意两种以上的组合。在本实施例中，柱面单透镜5为平凸圆柱面透镜，材料为K9，曲率半径为220mm，中心厚度为29mm，材料为K9，口径为80mm×80mm。

本实施例中，非圆柱面6的截面为二次曲线或高次曲线。

本实施例中，二次曲线或高次曲线的柱面的函数表达式为：

上式中，z表示非圆柱面6的矢高，c为顶点曲率，k为非圆柱面6的截面曲线的二次常数，A₄,A₆,A₈,…分别为非圆柱面6的截面曲线高次项x⁴,x⁶,x⁸,…的系数，x为二次曲线或高次曲线的柱面上任意点的x轴横坐标。

本实施例还提供一种前述非圆柱面面形的可变一维球差干涉测量系统的应用方法，包括：

S1)在波面干涉仪1的平面镜头2之后放入圆柱面CGH4，并通过圆柱面CGH4的对准区域调整圆柱面CGH4，完成圆柱面CGH4与干涉仪的对准；

S2)在圆柱面CGH4焦线之后依次放置柱面单透镜5和非圆柱面6；

S3)调整柱面单透镜5到圆柱面CGH4之间的距离，以及非圆柱面6到柱面单透镜5之间的距离，使干涉条纹可解析，并实施干涉检测得到干涉测量结果；

S4)在圆柱面CGH4和平面镜头2之间插入测距装置3，测量柱面单透镜5到圆柱面CGH4的距离以及非圆柱面6到柱面单透镜5的距离；

S5)基于测距装置3的测量结果，圆柱面CGH4、柱面单透镜5和非圆柱面6的设计参数，在光学设计软件中对检测光路进行仿真，得到检测光路的理论剩余像差；

S6)根据干涉测量结果和检测光路的理论剩余像差获取非圆柱面6的面形误差。

本实施例中，步骤S6)中根据干涉测量结果和检测光路的理论剩余像差获取非圆柱面6的面形误差具体是指将检测光路的理论剩余像差从干涉测量结果中去除，从而得到非圆柱面6的面形误差。

在光学设计软件中对该柱面透镜可测的非圆柱面进行仿真，在柱面单透镜5到圆柱面CGH 4的距离以及非圆柱面6到柱面单透镜5的距离变化时，可以检测不同形状、不同口径的非圆柱面。本实施例中，步骤S6)中在光学设计软件中对检测光路进行仿真时，仿真柱面单透镜5到圆柱面CGH 4的焦线距离为50mm到200mm范围内，非圆柱面6到柱面单透镜5之间的距离在0到3500mm范围内，仿真柱面单透镜5到圆柱面CGH 4的焦线距离在50mm到200mm范围内变化、非圆柱面6到柱面单透镜5之间的距离在0到3500mm范围内变化时的可测非圆柱面，判定可测的约束条件为像面处剩余像差的最大梯度满足奈奎斯特采样定律。可测的非圆柱面范围很广，包括抛物面柱面、椭球面柱面、双曲面柱面。表1列出了使用该柱面透镜能够检测的部分典型非圆柱面。

表1：典型可测非圆柱面参数。

	#1	#2	#3	#4	#5	#6
							弧矢方向尺寸(mm)	106.7	1043.4	871.5	627.6	368.2	181.8
k	-4.4	-0.588	-1	-0.2	-0.58	-6.08
							R(mm)	-320	-3762	-3761	-2029	-1000	-864
与圆柱面的偏离量(λ)	51.36	40.46	33.34	11.5	32.76	30.91
							剩余像差PV(λ)	8.40	8.41	6.52	7.77	8.27	5.05

表1包含了抛物柱面、双曲柱面和椭球柱。表1的最后一行表示理论剩余像差的峰谷值，剩余像差的幅值均在一般商用激光波面干涉仪的测量能力范围内，满足干涉检测的部分补偿检测条件。表1中采用的非圆柱面的方程为：

上式中，z表示非圆柱面的矢高，c为顶点曲率，k为非圆柱面截面曲线的二次常数，A₄,A₆,A₈,…分别为非圆柱面的截面曲线高次项x⁴,x⁶,x⁸,…的系数。c＝1/R，R为顶点曲率半径。以表1中的抛物柱面为例，本实施例的具体步骤中：

步骤3)中调整柱面单透镜5到圆柱面CGH 4之间的距离以及待测非圆柱面6到柱面单透镜5之间的距离时，当柱面单透镜5到圆柱面CGH 4焦线之间的距离接近139.667mm,待测非圆柱面6到柱面单透镜5之间的距离接近94.027mm时，待测非圆柱面经本实施例中柱面单透镜5补偿后的剩余像差在波面干涉仪的测量范围内，即干涉条纹能被波面干涉仪解析，并实施干涉检测。

步骤4)通过测距装置3测量柱面单透镜5到圆柱面CGH 4之间的距离以及待测非圆柱面6到柱面单透镜5之间的距离时，测距装置3采用一台基于短相干干涉原理的LenScanLS600激光测距仪，其测量范围最大为600mm，绝对测量精度为±1μm。使用该测距装置3测量柱面单透镜5到圆柱面CGH 4之间的距离以及待测非圆柱面6到柱面单透镜5之间的距离，分别记为L1和L2，在本实施例中假定L1＝139.667mm，L1＝94.027mm。

步骤5)中基于柱面单透镜5到圆柱面CGH 4之间的距离L1、待测非圆柱面6到柱面单透镜5之间的距离L2、圆柱面CGH 4、柱面单透镜5和待测非圆柱面6的设计参数在光学设计软件中对检测光路进行仿真时，具体是在光学设计软件ZEMAX中对检测光路进行仿真，仿真光路如图2所示。检测光路的理论剩余像差如图3所示。将理论剩余像差从干涉测量结果中去除即可获取待测非圆柱面的面形误差。本实施例一种非圆柱面面形的可变一维球差干涉测量系统的应用方法通过改变柱面单透镜5到圆柱面CGH 4之间的距离以及待测非圆柱面6到柱面单透镜5之间的距离，使大参数范围变化的非圆柱面与不同传播距离处的非圆柱面波前近似匹配，达到部分补偿条件，即可实现多个非圆柱面的检测，从而降低检测的时间和经济成本，提高检测效率。

综上所述，本实施例公开了一种非圆柱面面形的可变一维球差干涉测量系统及方法，属于面形检测技术领域。该系统包括波面干涉仪、平面镜头、高精度测距装置、圆柱面CGH、柱面单透镜和非圆柱面。方法步骤包括在波面干涉仪的平面镜头之后放入圆柱面CGH，并通过圆柱面CGH的对准区域调整圆柱面CGH，完成圆柱面CGH与干涉仪的对准；在圆柱面CGH焦线之后依次放置柱面单透镜和非圆柱面镜；调整柱面单透镜到圆柱面CGH之间的距离以及非圆柱面到柱面单透镜之间的距离，使干涉条纹可解析，并实施干涉检测；在圆柱面CGH和波面干涉仪平面镜头之间插入高精度测距装置，测量柱面单透镜到圆柱面CGH之间的距离以及非圆柱面到柱面单透镜之间的距离；在光学设计软件中对检测光路进行仿真，得到理论剩余像差；根据干涉测量结果和理论剩余像差获取待测非圆柱面的面形误差。本实施例具有在不更换补偿器的情况下可对大范围参数变化的非圆柱面面形进行干涉测量的优点。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种非圆柱面面形的可变一维球差干涉测量系统，其特征在于，包括波面干涉仪(1)、圆柱面CGH(4)、柱面单透镜(5)和非圆柱面(6)，所述波面干涉仪(1)带有平面镜头(2)，所述波面干涉仪(1)通过平面镜头(2)发出的平面波面依次经过圆柱面CGH(4)、柱面单透镜(5)后落到非圆柱面(6)上，所述圆柱面CGH(4)用于将平面镜头(2)发出的平面波面转换成圆柱面波面，所述柱面单透镜(5)用于将圆柱面CGH(4)发出的圆柱面波面转换成非圆柱面波面，所述柱面单透镜(5)安装在沿光轴方向布置的轨道上，以通过改变柱面单透镜(5)到圆柱面CGH(4)的距离提供变化的用于补偿非圆柱面(6)的一维球差，以及通过改变非圆柱面(6)与柱面单透镜(5)的距离可以适应不同曲率半径的非圆柱面(6)的检测。

2.根据权利要求1所述的非圆柱面面形的可变一维球差干涉测量系统，其特征在于，所述平面镜头(2)上还设有用于检测柱面单透镜(5)到圆柱面CGH(4)的距离、非圆柱面(6)与柱面单透镜(5)的距离的测距装置(3)。

3.根据权利要求2所述的非圆柱面面形的可变一维球差干涉测量系统，其特征在于，所述测距装置(3)为基于短相干的干涉仪、双频激光干涉仪、外差测距干涉仪、迈克耳逊干涉仪、光纤干涉测距仪或激光跟踪仪。

4.根据权利要求1所述的非圆柱面面形的可变一维球差干涉测量系统，其特征在于，所述波面干涉仪(1)为菲索型干涉仪或泰曼-格林型干涉仪。

5.根据权利要求1所述的非圆柱面面形的可变一维球差干涉测量系统，其特征在于，所述柱面单透镜(5)为双凸圆柱面透镜、双凹圆柱面透镜、平凸圆柱面透镜、平凹圆柱面透镜中的一种或任意两种以上的组合。

6.根据权利要求1所述的非圆柱面面形的可变一维球差干涉测量系统，其特征在于，所述非圆柱面(6)的截面为二次曲线或高次曲线。

7.根据权利要求6所述的非圆柱面面形的可变一维球差干涉测量系统，其特征在于，所述二次曲线或高次曲线的柱面的函数表达式为：

上式中，z表示非圆柱面(6)的矢高，c为顶点曲率，k为非圆柱面(6)的截面曲线的二次常数，A₄,A₆,A₈,…分别为非圆柱面(6)的截面曲线高次项x⁴,x⁶,x⁸,…的系数，x为二次曲线或高次曲线的柱面上任意点的x轴横坐标。

8.一种权利要求1～7中任意一项所述的非圆柱面面形的可变一维球差干涉测量系统的应用方法，其特征在于，包括：

S1)在波面干涉仪(1)的平面镜头(2)之后放入圆柱面CGH(4)，并通过圆柱面CGH(4)的对准区域调整圆柱面CGH(4)，完成圆柱面CGH(4)与干涉仪的对准；

S2)在圆柱面CGH(4)焦线之后依次放置柱面单透镜(5)和非圆柱面(6)；

S3)调整柱面单透镜(5)到圆柱面CGH(4)之间的距离，以及非圆柱面(6)到柱面单透镜(5)之间的距离，使干涉条纹可解析，并实施干涉检测得到干涉测量结果；

S4)在圆柱面CGH(4)和平面镜头(2)之间插入测距装置(3)，测量柱面单透镜(5)到圆柱面CGH(4)的距离以及非圆柱面(6)到柱面单透镜(5)的距离；

S5)基于测距装置(3)的测量结果，圆柱面CGH(4)、柱面单透镜(5)和非圆柱面(6)的设计参数，在光学设计软件中对检测光路进行仿真，得到检测光路的理论剩余像差；

S6)根据干涉测量结果和检测光路的理论剩余像差获取非圆柱面(6)的面形误差。

9.根据权利要求8所述的非圆柱面面形的可变一维球差干涉测量系统的应用方法，其特征在于，步骤S6)中在光学设计软件中对检测光路进行仿真时，仿真柱面单透镜(5)到圆柱面CGH(4)的焦线距离为50mm到200mm范围内，非圆柱面(6)到柱面单透镜(5)之间的距离在0到3500mm范围内。

10.根据权利要求9所述的非圆柱面面形的可变一维球差干涉测量系统的应用方法，其特征在于，步骤S6)中根据干涉测量结果和检测光路的理论剩余像差获取非圆柱面(6)的面形误差具体是指将检测光路的理论剩余像差从干涉测量结果中去除，从而得到非圆柱面(6)的面形误差。

Images