关于目前非球面测量方法的综述

　　所谓非球面光学元件，是指面形由多项高次方程决定、面形上各点的半径均不相同的光学元件。非球面属于特殊表面，它具有许多独特的性质，可以减少光学系统中的许多相差，如二次曲面在恰当的共轭位置可以使球差降为零，同时将非球面用于光学系统中可以减少系统中光学元件的数量或提高成像质量。随着光学精密加工的快速发展，非球面越来越广泛的应用，如: 高端照相机、摄像机、各种光学测量仪器、DVD 系统等。尤其是天文领域，大型的天文望远镜主要由非球面镜构成。但是非球面的加工和测量方法阻碍了非球面镜的研制，尤其对于非球面镜的测量。先后发展的测量方法有很多种，本文对各种非球面测量方法进行总结，并进行优缺点的对比。

　　1. 接触式测量方法

　　接触式测量方法主要是接触探针测量法[1]，通常采用金刚石探针或测量头直接作用在非球面零件表面，直接测量出非球面个点的三维坐标值，得到非球面局部面形误差。这种测量方法精度高、量程大，但是测量效率较低 ，维护要求高，测头容易划伤被测表面或被被测表面划伤，不适合测量表面较软的非球面镜片。但接触探针测量法技术比较成熟，目前市场上使用的非球面测量产品以接触式为主。

　　2. 非接触式测量方法

　　( 1) 计算全息法

　　计算全息法[2 -4]是利用光线的追迹来获得由参考镜和理想的被测非球面互相干涉产生的干涉条纹的位置和形状。实测时把在测量光学系统中被检非球面与参考镜产生的干涉图叠加到 CGH上，得到莫尔条纹，以此反映被测非球面与理想非球面的偏差。其原理如图 1 所示。计算全息的出现克服了传统补偿法对镜面数量的要求问题，但在表面刻划的条纹密度仍然限制着非球面的测量范围。

　　( 2) 剪切干涉法

　　剪切干涉法[5]的原理是被检波面的一部分或全部相对于原来的位置产生一个位移。位移后的波面与原来的波面叠加，产生干涉，从而得到干涉图。它直接测得的不是被测面形，而是面形的差分，实际处理中需要对其进行积分运算才能获得最终的面形。单纯的剪切干涉法测量精度并不是很高，一般需要与相移技术相结合来实现高精度测量。

　　剪切相移干涉测量法避免了由于制作标准非球面波所带来的不便和误差，具有结构简单、造价低廉、操作方便等优点。但是其条纹图像处理比较复杂，容易影响测量精度。

　　( 3) 零补偿法

　　零补偿法即选用反射的、透射的、衍射的补偿器补偿非球面性。补偿非球面产生的非球面波前，使补偿后的波前成为平面波和球面波，然后和参考波进行干涉，其干涉结果显示出非球面的面形偏差。如果补偿后的波前与参考波前完全匹配，那么干涉条纹为直条纹，反之条纹就是弯曲的，其弯曲程度显示了非球面表面偏离理想表面的程度。补偿干涉测量是一种测量精确度很高的方法，而且补偿器可以比被测非球面小很多，因此，补偿法广泛地应用于大口径非球面的测量。但是一种补偿器只能用于一种类型非球面的测量，测量范围窄，而且零补偿器的设计、制作和安置都会限制测量精度。