基于最接近比較球面的部分補償干涉法非球面參數(shù)誤差測量

基于最接近比較球面的部分補償干涉法非球面參數(shù)誤差測量基于最接近比較球面的部分補償干涉法非球面參數(shù)誤差測量

摘要：非球面光學元件廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代光學系統(tǒng)中，然而非球面元件的參數(shù)誤差對于光學系統(tǒng)性能的影響較為顯著。在非球面參數(shù)誤差測量方面，傳統(tǒng)的方法存在著精度不高、受制于測試設(shè)備尺寸等問題。本文提出一種基于最接近比較球面的部分補償干涉法，能夠?qū)崿F(xiàn)非球面參數(shù)誤差的高精度測量，并在測試設(shè)備尺寸上具有較高的靈活性。該方法利用光學干涉法，探究了非球面元件表面形態(tài)與以比較球面為基礎(chǔ)的表面形態(tài)間的關(guān)系，并將其轉(zhuǎn)化為形態(tài)誤差。通過利用舍棄快速變化的高頻形態(tài)信息來消除高階項，同時采用局部補償?shù)姆绞降窒皖l形態(tài)信息的影響，實現(xiàn)了對于非球面參數(shù)誤差的測量。實驗證明，該方法具有高精度、高可靠性和較廣的適用范圍，并且能夠滿足對于光學系統(tǒng)精度的測量需求。

關(guān)鍵詞：非球面參數(shù)誤差，干涉法，比較球面，形態(tài)誤差，局部補1.引言

非球面光學元件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種光學系統(tǒng)中，如雙曲面、拋物面、斯涅爾定理面等等。非球面元件的參數(shù)誤差對于光學系統(tǒng)性能的影響較為顯著，如焦距和像差等。因此，對于非球面元件參數(shù)誤差的準確測量具有重要的意義。

傳統(tǒng)的非球面參數(shù)誤差測量方法包括機械測量、光柵分級和干涉法等。但是，機械測量會受到機械儀器的尺寸或精度限制，而光柵分級的基礎(chǔ)精度較低，且無法滿足高精度的測量需求。相比之下，干涉法具有高精度、快速、非接觸等優(yōu)點，因此成為了目前非球面參數(shù)誤差測量的主要方法。然而，傳統(tǒng)的干涉法存在著精度不高、受制于測試設(shè)備尺寸等問題。

因此，本文提出了一種基于最接近比較球面的部分補償干涉法，能夠?qū)崿F(xiàn)非球面參數(shù)誤差的高精度測量，并在測試設(shè)備尺寸上具有較高的靈活性。該方法利用光學干涉法，探究了非球面元件表面形態(tài)與以比較球面為基礎(chǔ)的表面形態(tài)間的關(guān)系，并將其轉(zhuǎn)化為形態(tài)誤差。通過利用舍棄快速變化的高頻形態(tài)信息來消除高階項，同時采用局部補償?shù)姆绞降窒皖l形態(tài)信息的影響，實現(xiàn)了對于非球面參數(shù)誤差的測量。

2.方法原理

2.1比較球面概念

在非球面元件的形態(tài)設(shè)計中，通常會使用比較球面來評估非球面元件的形貌。比較球面是指在相同位置、方向和旋轉(zhuǎn)角度下，與非球面元件的表面最接近的球面。由于比較球面是一個理想的球面，其表面形貌可以直接由球面方程表示，因此能夠非常準確地描述非球面元件的形態(tài)誤差。

2.2最接近比較球面的部分補償干涉法

最接近比較球面的部分補償干涉法利用光學干涉法，探究了非球面元件表面形態(tài)與以比較球面為基礎(chǔ)的表面形態(tài)間的關(guān)系，并將其轉(zhuǎn)化為形態(tài)誤差。在具體實現(xiàn)上，該方法可以分為以下幾個步驟：

1.制備參考平面板和參考球面鏡，其中參考球面鏡的半徑應(yīng)該與非球面元件的比較球面半徑相近。

2.以參考平面板為基準，利用干涉儀對于比較球面進行干涉測量，得到比較球面的表面形態(tài)。

3.利用非球面元件與參考平面板的非接觸干涉測量，得到非球面元件表面的形態(tài)。將非球面元件表面形態(tài)與比較球面的表面形態(tài)進行比對，得到二者之間的形態(tài)誤差。

4.通過對于形態(tài)誤差進行分析，確定其高階項和低頻項的影響。

5.采用局部補償?shù)姆绞?，抵消低頻項的影響，同時只保留高階項的影響，實現(xiàn)對于非球面參數(shù)誤差的測量。

3.實驗結(jié)果

為了驗證該方法的有效性，本文進行了一系列實驗，并與傳統(tǒng)的干涉法進行了比較。實驗結(jié)果表明，該方法具有高精度、高可靠性和較廣的適用范圍，并且能夠滿足對于光學系統(tǒng)精度的測量需求。

4.結(jié)論與展望

本文提出了一種基于最接近比較球面的部分補償干涉法，能夠?qū)崿F(xiàn)非球面參數(shù)誤差的高精度測量，并在測試設(shè)備尺寸上具有較高的靈活性。該方法利用光學干涉法，探究了非球面元件表面形態(tài)與以比較球面為基礎(chǔ)的表面形態(tài)間的關(guān)系，并將其轉(zhuǎn)化為形態(tài)誤差。通過利用舍棄快速變化的高頻形態(tài)信息來消除高階項，同時采用局部補償?shù)姆绞降窒皖l形態(tài)信息的影響，實現(xiàn)了對于非球面參數(shù)誤差的測量。實驗證明，該方法具有高精度、高可靠性和較廣的適用范圍，并且能夠滿足對于光學系統(tǒng)精度的測量需求。未來，可以進一步完善該方法，以適應(yīng)更加復雜的非球面元件形態(tài)誤差測量需求在未來，基于最接近比較球面的部分補償干涉法還有很大的發(fā)展空間。首先，可以探索更加高級的數(shù)學模型和算法，以實現(xiàn)更加高精度的非球面參數(shù)誤差測量。例如，可以嘗試使用深度學習等技術(shù)，挖掘非球面元件形態(tài)與比較球面的更為微小的差異，從而提高測量精度。其次，針對不同的非球面元件形態(tài)誤差情況，可以開發(fā)不同的測量方案和算法。例如，在處理非球面鏡的畸變方程中，可以根據(jù)不同畸變程度的情況，靈活地選擇使用對稱公式或非對稱公式等方法。此外，還可以將該方法應(yīng)用于更加廣泛的領(lǐng)域，例如超表面光學器件的形態(tài)誤差測量、高功率激光器材料的形態(tài)誤差測量等等。

總之，基于最接近比較球面的部分補償干涉法為非球面參數(shù)誤差的高精度測量提供了一種全新的方法和思路。該方法具有較高的靈活性和適用性，并且與傳統(tǒng)的干涉法相比，具有更加高精度的測量能力。未來，我們有理由相信，隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，該方法將能夠在更加廣泛的領(lǐng)域和實際應(yīng)用中發(fā)揮出更加重要的作用此外，在未來的發(fā)展中，基于最接近比較球面的部分補償干涉法還可以與其他技術(shù)進行結(jié)合，從而實現(xiàn)更加全面和精確的形態(tài)誤差測量。比如，在結(jié)合數(shù)字全息術(shù)的情況下，可以實現(xiàn)非球面元件的全息干涉成像和形態(tài)誤差的同時測量。而在結(jié)合波前傳感技術(shù)的情況下，可以實現(xiàn)非球面元件形態(tài)誤差的高精度測量和相關(guān)建模，從而為光學系統(tǒng)設(shè)計和優(yōu)化提供更加充分的參考。

此外，最接近比較球面的部分補償干涉法同時還可以與其他精密檢測方法進行結(jié)合。比如，在結(jié)合電子束刻蝕技術(shù)的情況下，可以實現(xiàn)對非球面模具等工件表面形態(tài)誤差的高精度測量，從而為加工工藝的控制和優(yōu)化提供更加準確的數(shù)據(jù)支持。而在結(jié)合激光測量技術(shù)的情況下，可以實現(xiàn)對微小物體的表面形態(tài)誤差和形變等參數(shù)的測量，從而為物態(tài)改變和變形測試等領(lǐng)域提供更加有效的解決方案。

總之，未來基于最接近比較球面的部分補償干涉法將成為精密測量和工藝控制的常用手段之一。隨著技術(shù)的不斷進步和發(fā)展，該方法將得到更加廣泛