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一、什么是球面絕對檢驗

隨著光學行業(yè)的不斷發(fā)展，光學球面面型的加工精度要求越來越高，然而球面光學元件的加工受球面光學表面的檢測精度制約。為了實現(xiàn)球面面型的高精度檢測，就需要采用球面面型絕對檢驗的方法。球面絕對檢驗是對參考面誤差進行標定，分離出參考面誤差影響以提高檢測精度。以下介紹幾種常用的球面絕對檢驗方法。

二、球面絕對檢驗方法

（一）、隨機球平均法

如圖1所示，標定球球體中心與標準球面參考鏡的焦點重合，入射光線經(jīng)過標準球面參考鏡，再經(jīng)過一個隨機方向的標定球的部分球面反射，作為一次測量，將標定球繞球體中心旋轉(zhuǎn)一個方向，作為另一次測量，重復進行N次，取其平均值，當測量次數(shù)N增加到相當大的數(shù)時，標定球的誤差將趨向于零。

圖 1 隨機球平均法標定參面面型裝置圖

該方法裝置簡單，但是需要進行多次測量，而且對于標定球的加工以及材料要求高，只能用于F數(shù)較小的產(chǎn)生匯聚光束的凹標準鏡頭的誤差標定。

（二）、三位置兩球面面型絕對檢驗方法

如圖3，第一步測量是入射光線通過位于參考鏡焦點處（貓眼位置）的被測件的反射作為測試光路；第二步被測球面與參考鏡共焦，入射光線依次經(jīng)過參考鏡與被測件作為測試光路；第三步在第二步的基礎(chǔ)上將被測件繞光軸旋轉(zhuǎn)180°。

圖 2 三位置兩球面絕對檢驗

在測量過程中，需要高精度的精密裝調(diào)機構(gòu)保持被檢球面與參考鏡共焦、從第2步到第3步測量被檢球面繞光軸的旋轉(zhuǎn)精度，以及探測器和光學系統(tǒng)的同軸。同時，在貓眼位置測量，由于慧差波前的邊緣剪切會產(chǎn)生較大的慧差，該位置的測量對調(diào)整誤差較為敏感。

（三）、三面互檢絕對檢驗方法

利用３個待測球面進行４次組合測量，如圖2，其中B^T、C^T用作參考面，A、A⁹⁰、Ｂ 用作測試面。B^T、C^T 是在ｘ方向相對于Ｂ、Ｃ的翻轉(zhuǎn)，A⁹⁰是球面Ａ逆時針旋轉(zhuǎn)90°將４次測量結(jié)果分解為奇偶函數(shù)的形式，通過聯(lián)合求解最終得到重建的面形結(jié)果。

圖 3三面互檢示意圖

三球面法在測試過程 中能夠一直保持共軸共光路條件，不需對兩球面法的貓眼位置、平移旋轉(zhuǎn)法的橫向平移位置進行檢測，成本低于隨機球法，可同步得到多個球面的絕對面 形分布。

三、100口徑球面絕對檢驗

采用三球面絕對檢驗法來開展球面絕對檢驗的，所用主要測量設(shè)備為我司生產(chǎn)的Bysco-100-W干涉儀，如圖4 所示。

圖 4 Bysco-100W激光干涉儀

根據(jù)三球面互檢絕對檢驗的原理，編寫計算程序，計算得到的三個面絕對面型分布如圖5所示，表1為三個面絕對面型的PV與RMS。

圖 5 三球面絕對面型分布

表 1三球面的絕對面型結(jié)果