南京英特飞光电技术有限公司-非球面的检测技术

非球面的检测技术

一、前言

非球面是指中心对称(非自由曲面)的光学器件，其表面曲率半径沿着镜片直径方向发生变化。非球面镜可以有效减少球差，以及抑制其它高阶像差，因此非球面能够减少光学系统中镜片数量，提高成像质量。球面镜被广泛应用于摄像系统、光刻物镜、夜视光学等领域。

图1 非球面镜片外观图

二、检测方法

图2 有初级球差的非球面波前干涉图

（左）在近轴焦点，没有倾斜（中）在最佳焦点，无倾斜（右）在最佳焦点，有较大倾斜

(1）零位检测方法

加工中，经常使用零位检验法来检验非球面镜。所谓的零位检验就是当获得理想波前时，产生无条纹区域的检验。如果在待检波前和参考波前之间加上一个倾角，并且二者的近轴曲率一样，就可以得到相互平行的直条纹。在这些条件下，任何与直条纹的偏离就是波前变形的图形表示。因为可以很容易地识别理想波前，并且可以用很高的精度测量它，所以这是一种很理想的测量方法。但是，有时候零位检验并不简单，而且可能会成为一种误差源。

图3 适于对平面或凹球面进行零位检测的光路

(2）非零位检测方法

非零位检测方法可以定量的检测面形，首先用傅科（Foucault)、朗奇(Ronchi）或哈特曼（ Hartmann）方法检测波前，然后用一定的数学方法计算表面相对于最佳球面的变形量。这种方法通常很费时;这类方法与干涉测量相比灵敏度低，如果非球面变形强烈，这类方法的测量精度不够高。

(3）零位补偿器补偿测量法

往光学系统中添加一些额外的光学元件以补偿从球面表面反射回来的波前的球差。设计一个辅助的光学系统，它与非球面表面一起工作，形成点光源斑点像。我们称辅助的光学系统为零位校正器或零位补偿器。

图4 零位补偿器补偿测量法示意

（4）CGH (Computer-Generated Holograms) 干涉测量法

CGH可以将激光干涉仪测试波前，“转化为”所需的非球面波前，进行非球面测试。该方法适用于高精度非球面面形检测，以及对于工业上定型设计的非球面批量检测。但是其最大的缺点便是一个CGH只对应于一种非球面设计，检测成本昂贵。

（5）剪切干涉测量法

用横向或径向剪切干涉测量法可以测量高非球面度的镜面，能提供一个很大的动态范围，但是灵敏度不高。