基于旋转法的球面干涉仪系统误差标定方法.pdf

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1、2015芷云光技术第47卷第1期基于旋转法的球面干涉仪系统误差标定方法王乔方，彭代东，孙娟，杨静，王会玲(昆明北方红外技术股份有限公司，云南昆明650217)摘要：本文提出了旋转法标定球面干涉仪系统误差的方法，该方法根据Zemike多项式的性质，通过旋转被测球面零件，可以消除干涉仪测量光学球面面形误差时所存在的固有系统误差，可实现数字球面干涉仪的绝对校准，同时也可对被测球面零件进行绝对测量。关键词：球面干涉；旋转法；误差标定；本文用泽尼克(Zemike)多项式进行0概述波面相位转换的方法，通过旋转被测球面干涉仪是高精

2、度光学测量中常用的重零件，消除了干涉仪测量光学球面面形时要仪器。由于干涉仪本身标准参考表面存所存在的系统误差，实现了数字球面干涉在面形误差，用干涉仪测量光学表面面形仪的绝对校准，同时也可对被测球面零件是相对测量，即被测件相对与标准参考面进行绝对测量。的面形差。所以，面形的检测精度主要依1测量原理赖于干涉仪标准参考表面的面形精度。实际测量时，干涉仪本身也会带来一定的附对于任何一个被测件，干涉仪的检测加波像差。二者加起来统称为干涉仪的系结果用面形函数表示：包含两部分——统误差。在Fizeau型Zygo干涉仪中，工和Wt：

3、作波长为0．6328gm，检测精度PV为=+Wt(1)0．12，均方根值(RMS)为0．012。如何消式中：为干涉仪系统误差函数；为被除干涉仪的系统误差，实现绝对检测，提测件面形函数。高检测精度是光学测量的一项重要工作。如图1所示。标准镜头被测件图l(a)干涉仪系统误差标定原理图(被测件位于共焦位置)标准镜头被测件图l(b)干涉仪系统误差标定原理图(被测件绕光轴旋转180。)372015年云光技术第47卷第l期标准镜头被测件————干涉仪_7f11』一、＼_Ll图l(c)干涉仪系统误差标定原理图(被测件位于猫眼位置)

4、由图1(a)得到：克多项式来表示波像差函数，泽尼克多项=wi+rvt(2)式系数可直接从干涉仪中导出。从泽尼克由图1(b)得到：多项式可看出，当相位变化7c时，对应的=+(3)泽尼克多项式的某些系数将改变符号，它由图1(c)得到：们为第1、2、6、7、9、10、13、14、18、Wi+Wi"(4)19、22、23、25、26、29、30、33、34项。：—_也就是说，只要把用36项泽尼克多项式表式中：是被测件测量面在某一位置角所示的波像差函数系数的符号取反，就实测得的波像差；是被测件测量面由前一现了相位变化兀的目的，

5、即转化成了。位置绕光轴旋转180。所测得的波像差；3实验结果是把被测件测量面放于“猫眼”位置测得的波像差；上标示波前或被测面方向实验仪器为ZYGO干涉仪，工作波长角旋转l80。。2=632．8nm，独立放置在特定的环境中。将(2)式旋转180。得：干涉仪参考镜F撑为F3．2的标准球面镜，W2=+(5)实验室温度为22"C，被测件在实验室中恒根据式(1)至(4)式，通过推导即可得温3d后，在干涉仪的测量腔中恒温2h。到：将被测件安装在可旋转夹持器上，沿光轴方向前后移动夹持器，在共焦位置和：+(6)猫眼位置反复调整干涉图

6、，直到在两个位Yt：!一(7)置的干涉图都不存在渐晕为止，使干涉图‘在共焦和猫眼位置都是零条纹，对测试件这样，只要检测出，，，经前表面进行反射测量。测量结果如图2所过一定的波前相位变换运算，根据(5)、(6)示。式即可得到干涉仪的系统误差和被测面的从以上测试干涉图，分别导出泽尼克面形。式中，，，是去除倾斜和系数。对波面的泽尼克系数作相应处离焦后的波面。理，得到相位转换后的波面。最后按(6)、(7)式计算泽尼克系数，将算好的泽尼2测试数据处理克系数输入计算机，用自行开发的由于在用Zygo干涉仪检测波面时，得MATLAB

7、程序生成三维图形。结果如图3不到相位的原始数据。我们采用36项泽尼所示。382015钲云光技术第47卷第l期4结论参考文献：⋯1单宝忠，王淑岩．Zemike多项式拟合方法应用[J]．光本文通过旋转法对干涉仪(菲索型球学精密工程，2002，10(3)：318—323．面或泰曼．格林型干涉仪)进行绝对校准，[2】莫卫东．光学干涉波面数字化处理方法与应用[J]．计并且给出了实验结果，实验结果表明，利算物理，2003，2O(6)：514-520．用这种方法在常用的干涉仪上测量光学球【3】阚珊珊，黄煜，等．高精度检测球面面形的

8、方法研究面面形时，可消除干涉仪的固有误差和参【J]．光学学报，2005，25(2)：195-198．考表面本身的面形误差，同时可实现光学球面面形误差的绝对测量。(上接第36页)SEITechnicalReview2002，160：73—80【4】ZhangHX，etc．ProductionofcomplexchalcogenideSYOJIK．