CN102778210B - 一种基于计算全息的非球面绝对检测方法 - Google Patents

Abstract

一种基于计算全息的非球面绝对检测方法，包括干涉仪、标准镜头、CGH₁、CGH₂、被测非球面镜和参考球面镜；首先用CGH₁检测被测非球面镜的面形，检测结果包括***误差、CGH₁的误差和被测非球面镜的误差；再用CGH₂检测被测非球面镜的面形，检测结果包括***误差、CGH₂的误差和被测非球面镜的误差；然后用CGH₁和CGH₂同时作用，检测参考球面镜的面形，检测结果包括***误差、CGH₁的误差、CGH₂的误差、参考球面镜的误差；其中，***误差和参考球面镜的误差可以提前进行标定，故通过这三次检测，可以分别求出CGH₁和CGH₂的误差，然后就可以得到被测非球面的绝对检测结果；该方法设计巧妙，结构简单，为非球面的绝对检测提供了一种有效的方法，具有较大的工程应用价值。

Description

一种基于计算全息的非球面绝对检测方法

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，具体涉及的是一种非球面的绝对检测方法。

背景技术

随着现代光学的不断发展，非球面的应用是越来越广泛。而在非球面的检测中，大多采用相对测量的方式，即测量结果中包括***误差和参考面的误差。若想获得非球面的更准确的面形信息，需采用绝对检测。非球面的绝对检测，即通过一定的方法去除***误差和参考面误差对测量结果的影响，让测量结果中只包括非球面的误差信息。

目前，用于非球面的绝对检测的方法比较少，其测量步骤和数据处理都比较复杂。其中，德国Erlangen-Nurnberh大学的M.Beyerlein等人（Mathias Beyerlein,Norbert Lindlein,Johannes Schwider.“Dual-wave-front computer-generated holograms forquasi-absolute testing of aspherics”,Applied Optics,2000,41(13):2440-2447）将球面的三位置绝对测量方法扩展到非球面的绝对测量中，提出了一种Dual-CGH对非球面的准绝对测量方法，即用三步法对***误差进行标定，将Dual-CGH对球面的误差直接应用为其对非球面的误差，然后对非球面进行绝对检测。但由于两种波面的空间频率不同，故这种直接应用存在一定的误差问题。另外，德国Stuttgart大学的S.Reichelt等人（StephanReichelt,Christor Pruss,Hans J.Tixiani.“Absolute interferometeric test ofaspheres by use of twin computer generated holograms”,AppliedOptics,2003,42(22):4468-4479）提出的Twin-CGH则考虑了CGH对球面的误差到CGH对非球面的误差的过度。采用五步法先得到Twin-CGH对球面的误差，然后再通过计算，传递到Twin-CGH对非球面的误差。这样得到的***误差更加精确。但此种方法共需要七步测量，步骤繁琐，且每次测量的对准误差对其影响很大。

发明内容

本发明的目的是提供一种非球面的绝对检测方法，实现对非球面的绝对检测。

本发明的技术解决方案是：基于计算全息（Computer Generated Hologram，CGH）的非球面绝对检测方法，包括干涉仪、标准镜头、CGH₁、CGH₂、被测非球面镜和参考球面镜，其特征在于首先用CGH₁检测被测非球面镜的面形，检测结果包括***误差、CGH₁的误差和被测非球面镜的误差；再用CGH₂检测被测非球面镜的面形，检测结果包括***误差、CGH₂的误差和被测非球面镜的误差；然后用CGH₁和CGH₂同时作用，检测参考球面镜的面形，检测结果包括***误差、CGH₁的误差、CGH₂的误差、参考球面镜的误差；其中，***误差和参考球面镜的误差可以提前进行标定，故通过这三次检测，可以分别求出CGH₁和CGH₂的误差，然后就可以得到被测非球面的绝对检测结果。

本发明具体实现步骤如下：

第一步，将CGH₁（3）放在干涉仪（1）的焦前位置，利用CGH₁（3）对被测非球面镜（5）进行检测，测量结果W₁包括***误差W_s、CGH₁的误差和被测非球面镜的误差W_Aspheric，

$W_1=W_s+W_{{\mathrm{CGH}}_1}+W_{\mathrm{Aspheric}}---\left(1\right)$

第二步，将CGH₂（4）放在干涉仪（1）的焦后位置，利用CGH₂（4）对被测非球面镜（5）进行检测，测量结果W₂包括***误差W_s、CGH₂的误差和被测非球面镜的误差W_Aspheric，即

$W_2=W_s+W_{{\mathrm{CGH}}_2}+W_{\mathrm{Aspheric}}---\left(2\right)$

第三步，将CGH₁（3）放在干涉仪的焦前位置，同时将CGH₂（4）放在干涉仪的焦后位置，利用CGH₁（3）和CGH₂（4）对参考球面镜（6）进行检测，测量结果W₃包括***误差、CGH₁的误差CGH₂的误差和参考球面镜的误差W_Sphere，

$W_3=W_s+W_{{\mathrm{CGH}}_1}+W_{{\mathrm{CGH}}_2}+W_{\mathrm{Sphere}}---\left(3\right)$

第四步，在以上三个式子中，***误差W_s和参考球面镜的误差W_Sphere是能够提前进行标定的，属于已知量，由式（1）-式（2），得到

$W_1-W_2=W_{{\mathrm{CGH}}_1}-W_{{\mathrm{CGH}}_2}---\left(4\right)$

由式（3）变换得

$W_3-W_s-W_{\mathrm{Sphere}}=W_{{\mathrm{CGH}}_1}+W_{{\mathrm{CGH}}_2}---\left(5\right)$

通过式（4）和（5），分别求出CGH₁的误差和CGH₂的误差

第五步，将已经求出的代入式（1）或将代入式（2），求出被测非球面镜（5）的误差W_Aspheric’即为该非球面的绝对检测结果。

本发明与现有技术相比的优势在于：

（1）本发明中在利用CGH检测非球面的***中，将***误差、CGH的误差分别标定好，然后对被测非球面镜进行绝对检测，因此可以对CGH的误差进行准确标定。

（2）本发明绝对检测方法的构思巧妙，结构简单，为非球面的绝对检测提供了一种有效的方法，具有较大的工程应用价值。

附图说明

图1是将CGH₁放在干涉仪的焦前位置，对被测非球面镜进行检测的示意图；

图2是将CGH₂放在干涉仪的焦后位置，对被测非球面镜进行检测的示意图；

图3是将CGH₁放在干涉仪的焦前位置，同时将CGH₂放在干涉仪的焦后位置，对参考球面镜进行检测的示意图。

各图中，1.干涉仪，2.标准镜头，3.CGH₁，4.CGH₂，5.被测非球面镜，6.参考球面镜。

具体实施方式

图1-图3是本发明中所需的三次测量的示意图。在图1和图2中，来自干涉仪1的光束经过标准镜头2，入射到CGH₁3或CGH₂4上，CGH将球面波前变为非球面波前，实现对被测非球面镜5的测量；在图3中，来自干涉仪1的光束经过标准镜头2，入射到CGH₁3上，CGH₁将球面波前变为非球面波前，然后入射到CGH₂4上，其将非球面波前变为球面波前，实现对参考球面镜6的测量。结合实例，其测量过程如下：

非球面的绝对测量方法的步骤如下：

第一步，按照图1所示，将CGH₁3放在干涉仪1的焦前位置，利用CGH₁3对被测非球面镜5进行检测，首先调节干涉仪1与CGH₁3的对准，然后调节CGH₁3与被测非球面5之间的对准，最后完成对被测非球面5的测量，测量结果W₁包括***误差W_s、CGH₁的误差和被测非球面镜的误差W_Aspheric，

$W_1=W_s+W_{{\mathrm{CGH}}_1}+W_{\mathrm{Aspheric}}---\left(1\right)$

第二步，按图2所示，将CGH₂4放在干涉仪1的焦后位置，利用CGH₂4对被测非球面镜5进行检测，首先调节干涉仪1与CGH₂4的对准，然后调节CGH₂4与被测非球面5之间的对准，最后完成对被测非球面5的测量，测量结果W₂包括***误差W_s、CGH₂的误差和被测非球面镜的误差W_Aspheric，即

$W_2=W_s+W_{{\mathrm{CGH}}_2}+W_{\mathrm{Aspheric}}---\left(2\right)$

第三步，按图3所示，将CGH₁3放在干涉仪的焦前位置，同时将CGH₂4放在干涉仪的焦后位置，利用CGH₁3和CGH₂4对参考球面镜6进行检测，首先将CGH₂4放在干涉仪的焦后位置，调节干涉仪1与CGH₂4的对准；然后将CGH₁3放在干涉仪的焦前位置，调节干涉仪1与CGH₁3的对准；再调节参考球面镜6与前面***的对准，最后完成对参考球面镜6的测量，测量结果W₃包括***误差W_s、CGH₁的误差CGH₂的误差和参考球面镜的误差W_Sphere，

$W_3=W_s+W_{{\mathrm{CGH}}_1}+W_{{\mathrm{CGH}}_2}+W_{\mathrm{Sphere}}---\left(3\right)$

第四步，在以上三个式子中，***误差W_s和参考球面镜的误差W_Sphere是能够提前进行标定的，属于已知量，由式（1）-式（2），得到

$W_1-W_2=W_{{\mathrm{CGH}}_1}-W_{{\mathrm{CGH}}_2}---\left(4\right)$

由式（3）变换得

$W_3-W_s-W_{\mathrm{Sphere}}=W_{{\mathrm{CGH}}_1}+W_{{\mathrm{CGH}}_2}---\left(5\right)$

通过式（4）和（5），分别求出CGH₁的误差和CGH₂的误差

第五步，将已经求出的代入式（1）或将代入式（2），求出被测非球面镜5的误差W_Aspheric，即为该非球面的绝对检测结果。

本发明说明书未详细阐述部分属于本领域公知技术。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内的局部修改或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。

Claims (1)

1.一种基于计算全息的非球面绝对检测方法，所述方法采用的器件包括：干涉仪(1)、标准镜头(2)、CGH₁(3)、CGH₂(4)、被测非球面镜(5)和参考球面镜(6)，其特征在于：具体实现步骤如下：

第一步，将CGH₁(3)放在干涉仪(1)的焦前位置，利用CGH₁(3)对被测非球面镜(5)进行检测，测量结果W₁包括***误差W_s、CGH₁的误差和被测非球面镜的误差W_Aspheric，

$W_1=W_s+W_{{\mathrm{CGH}}_1}+W_{\mathrm{Aspheric}}---\left(1\right)$

第二步，将CGH₂(4)放在干涉仪的焦后位置，利用CGH₂(4)对被测非球面镜(5)进行检测，测量结果W₂包括***误差W_s、CGH₂的误差和被测非球面镜的误差W_Aspheric，即

$W_2=W_s+W_{{\mathrm{CGH}}_2}+W_{\mathrm{Aspheric}}---\left(2\right)$

第三步，将CGH₁(3)放在干涉仪的焦前位置，同时将CGH₂(4)放在干涉仪的焦后位置，利用CGH₁(3)和CGH₂(4)对参考球面镜(6)进行检测，测量结果W₃包括***误差、CGH₁的误差CGH₂的误差和参考球面镜的误差W_Sphere，

$W_3=W_s+W_{\mathrm{CG}{H}_1}+W_{\mathrm{CG}{H}_2}+W_{\mathrm{Sphere}}---\left(3\right)$

第四步，在以上三个式子中，***误差W_s和参考球面镜的误差W_Sphere是能够提前进行标定的，属于已知量，由式(1)-式(2)，得到

$W_1-W_2=W_{\mathrm{CG}{H}_1}-W_{\mathrm{CG}{H}_2}---\left(4\right)$

由式(3)变换得

$W_3-W_s-W_{\mathrm{Sphere}}=W_{\mathrm{CG}{H}_1}+W_{\mathrm{CG}{H}_2}---\left(5\right)$

通过式(4)和(5)，分别求出CGH₁的误差和CGH₂的误差

第五步，将已经求出的代入式(1)或将代入式(2)，求出被测非球面镜(5)的误差W_Aspheric，即为该非球面的绝对检测结果。