非球面部分补偿检测系统的误差分析与处理

　　非球面检测方法有很多，在精度要求不高并且满足探测器分辨率的情况下，对浅度非球面可以采用测量球面的方法即运用消球差镜进行测量.在干涉检测法^[1]中，如无象差点法^[2]、补偿法^[3]等零位法，使得非球面的专用检测达到了较高精度，通用性不强，而非零位检测法，如双波长法^[4]、剪切法^[5]等虽然在一定程度上可以实现通用化检测，但不同孔径区域的光线沿着不同光学路径传播会引入较大的回程误差^[6]，并且大多都没有进行相应的校正.本文提出的部分补偿检测法在一定程度上可以实现非球面的通用化、高精度检测.

　　非球面部分补偿检测法采用部分零位镜(par-tial　null　lens，PNL)对一定F#(焦距f与口径D之比)范围内的非球面进行部分补偿，设计系列化的PNL可以对常用非球面进行通用化检测^[7-8].检测光路经PNL部分补偿后，残留的回程误差将伴随着被测非球面面形返回到探测器中形成大像差波前，并且不同非球面残留的回程误差不一样，无法把它提取出来.本文运用基于系统建模的逆向迭代优化重构技术(reverse　iterative　optimization　reconstruc-tion，ROR)可以从返回的大像差波前中重构出非球面面形^[8].然而，对于该方法的系统，检测结果对误差比较灵敏.因此，系统误差的提取成为提高检测精度的热点，也 是 运 用ROR提 高 非球面重构精度的关键.

　　在干涉检测系统中，传统的误差存储方法是先用标准镜把干涉仪本身的误差精确地存储起来，然后在测量被检表面时把所得测量结果与之进行相减^[9].该方法简单易行，但适用条件有限，并且检测结果在很大程度上受标准面的影响.本文研究的部分补偿系统还处在原理性实验阶段，无法找到标准非球面镜.为了克服误差存储缺点，把系统误差分为干涉仪的误差(不包括PNL和非球面)和检测光路的误差.在该系统中，分光板后表面作为反射面，加工精度较高，检测光束仅经过了反射面，反射面面形对不同检测光束的影响较小，文中没有考虑.干涉仪的误差可以选取用标准平面镜进行误差存储.本文在光学设计软件ZEMAX中对该系统进行建模与优化，分析了检测光路中的器件误差.根据仿真结果和器件实际装调可达到的精度，该误差可以存储在系统模型中.根据以上误差分析结果，提出基于系统建模的光线追迹与误差存储相结合的误差处理方法，将系统误差归结为用标准镜存储干涉仪的系统误差和由系统建模得到的检测光路误差.本文通过计算机仿真及实验验证了该方法的有效性.

　　1　非球面部分补偿检测系统误差分析