基于補(bǔ)償透鏡的大口徑凸非球面反射鏡的干涉檢驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于補(bǔ)償透鏡的大口徑凸非球面反 射鏡的干涉檢驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 大口徑凸非球面（通光口徑大于或等于150mm)廣泛應(yīng)用于大型空間、地基和深空 探測(cè)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中，作為其中的次鏡，是參與高質(zhì)量成像的重要組成元件，其口徑大小和面 形精度是決定成像分辨率和像質(zhì)的關(guān)鍵因素。
[0003] 凸二次非球面可以利用一對(duì)無(wú)像差點(diǎn)（例如拋物面的焦點(diǎn)和無(wú)窮遠(yuǎn)點(diǎn)），實(shí)現(xiàn)零 位測(cè)試，如Hindle方法檢驗(yàn)凸雙曲面反射鏡時(shí)，干涉儀點(diǎn)光源位于被測(cè)雙曲面的一個(gè)焦點(diǎn) 上，輔助的Hindle球面的球心則與另一個(gè)焦點(diǎn)重合，將被測(cè)面反射的測(cè)試光束沿原路返回 到干涉儀。但是無(wú)像差點(diǎn)法受到測(cè)量光路的限制，不易實(shí)現(xiàn)，要求1. 5~2倍或更大口徑 的Hindle球面也增加了成本和難度，而且不適用于高次非球面。一種變通的方法是結(jié)合 Hindle檢驗(yàn)與子孔徑拼接方法，依次測(cè)量被測(cè)凸非球面上的一系列相互重疊的子孔徑區(qū) 域，然后拼接得到全口徑面形誤差，這種方法可以減小Hindle球面的口徑，但是對(duì)拼接裝 置和算法要求較高，而且不適用于高次非球面。
[0004] 補(bǔ)償檢驗(yàn)是凸非球面檢驗(yàn)的常用方法，在干涉儀與被測(cè)凸非球面反射鏡之間放置 一個(gè)補(bǔ)償透鏡，通過(guò)補(bǔ)償透鏡補(bǔ)償被測(cè)凸非球面的像差，可適用于二次非球面和高次非球 面。干涉儀發(fā)出的測(cè)試光束經(jīng)過(guò)補(bǔ)償透鏡后變換為與被測(cè)凸非球面匹配的測(cè)試光束，垂直 入射到被測(cè)凸非球面上，反射后沿原路返回到干涉儀。補(bǔ)償透鏡起到光束匯聚與像差平 衡的作用，通常含有非球面，口徑應(yīng)略大于被測(cè)凸非球面的口徑，從而帶來(lái)了大口徑非球 面補(bǔ)償透鏡本身的材料均勻性、加工、檢測(cè)與裝調(diào)等一系列問(wèn)題，是限制測(cè)量精度提高的 主要障礙。補(bǔ)償透鏡也可以是基于衍射原理的計(jì)算機(jī)生成全息圖（Computer Generated Hologram，CGH)，但是大口徑的CGH制作工藝目前還不成熟，同樣面臨精度偏低的問(wèn)題。
[0005] 背面透過(guò)檢驗(yàn)法巧妙地將被測(cè)凸非球面當(dāng)作凹面檢測(cè)，從而避免了凸面檢測(cè)的難 題。干涉儀發(fā)出的測(cè)試光束經(jīng)過(guò)補(bǔ)償器后變換為發(fā)散光束，從被測(cè)鏡的背面透過(guò)后垂直入 射到被測(cè)非球面上；被測(cè)非球面此時(shí)相當(dāng)于凹面，使測(cè)試光束反射后沿原路返回到干涉儀。 該方法可用小口徑補(bǔ)償器（通光口徑小于150_)，但是不能從正面對(duì)凸非球面反射鏡進(jìn)行 檢驗(yàn)，要求被測(cè)凸非球面反射鏡使用均勻性極高的熔石英等透光材料，且不能有背面減重 結(jié)構(gòu)，對(duì)面形精度控制和整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的輕量化十分不利。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)口徑 大、精度高且可避免材料不均勻和材料缺陷對(duì)檢驗(yàn)影響的大口徑凸非球面反射鏡的干涉檢 驗(yàn)方法。
[0007] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0008] 一種基于補(bǔ)償透鏡的大口徑凸非球面反射鏡的干涉檢驗(yàn)方法，包括以下步驟：
[0009] S1、非球面補(bǔ)償透鏡的透過(guò)波前誤差檢測(cè)：沿平面干涉儀的輸出光束方向依次放 入非球面補(bǔ)償透鏡和小口徑補(bǔ)償器，所述平面干涉儀發(fā)出的準(zhǔn)直光束對(duì)準(zhǔn)非球面補(bǔ)償透鏡 和小口徑補(bǔ)償器，對(duì)所述非球面補(bǔ)償透鏡的透過(guò)波前誤差進(jìn)行零位干涉檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果存 盤為系統(tǒng)誤差；
[0010] S2、大口徑凸非球面反射鏡的面形誤差的檢測(cè)：在所述非球面補(bǔ)償透鏡與小口徑 補(bǔ)償器之間插入大口徑凸非球面反射鏡，對(duì)所述大口徑凸非球面反射鏡的面形誤差進(jìn)行零 位補(bǔ)償干涉檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果減去步驟S1所得系統(tǒng)誤差，得到所述大口徑凸非球面反射鏡的 面形誤差。
[0011] 作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：
[0012] 所述平面干涉儀的口徑大于或等于非球面補(bǔ)償透鏡的口徑，所述非球面補(bǔ)償透鏡 的口徑大于被測(cè)的大口徑凸非球面反射鏡的口徑，所述小口徑補(bǔ)償器的口徑小于被測(cè)的大 口徑凸非球面反射鏡的口徑。
[0013] 所述小口徑補(bǔ)償器的口徑小于150mm。
[0014] 所述非球面補(bǔ)償透鏡的設(shè)計(jì)參數(shù)通過(guò)光學(xué)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行優(yōu)化，以平衡被測(cè)的凸非 球面凸面的像差為優(yōu)化目標(biāo)，優(yōu)化條件為大口徑準(zhǔn)直光束經(jīng)過(guò)非球面補(bǔ)償透鏡后變換為與 大口徑凸非球面反射鏡的凸非球面凸面匹配的光束，垂直入射到凸非球面凸面上，反射后 沿原路返回。
[0015] 所述非球面補(bǔ)償透鏡為平凸透鏡，面向所述平面干涉儀的表面為高次凸非球面， 另一面為平面。
[0016] 所述小口徑補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)參數(shù)通過(guò)光學(xué)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行優(yōu)化，以平衡被測(cè)的凸非球 面凹面的像差為優(yōu)化目標(biāo)，優(yōu)化條件為準(zhǔn)直光束從小口徑補(bǔ)償器遠(yuǎn)離大口徑凸非球面反射 鏡的最后一個(gè)表面入射，經(jīng)過(guò)小口徑補(bǔ)償器后變換為與凸非球面凹面匹配的光束垂直入射 到凸非球面凹面上，反射后沿原路返回。
[0017] 所述小口徑補(bǔ)償器包括沿所述平面干涉儀的準(zhǔn)直光束方向依次布置的小透鏡和 大透鏡。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0019] 本發(fā)明的基于補(bǔ)償透鏡的大口徑凸非球面反射鏡的干涉檢驗(yàn)方法，首先利用小口 徑補(bǔ)償器檢測(cè)出非球面補(bǔ)償透鏡的透過(guò)波前檢測(cè)的系統(tǒng)誤差，然后利用非球面補(bǔ)償透鏡檢 測(cè)大口徑凸非球面反射鏡的零位補(bǔ)償干涉檢驗(yàn)，得到的檢測(cè)結(jié)果減去前述的系統(tǒng)誤差即可 得到大口徑凸非球面反射鏡的面形誤差，在非球面補(bǔ)償透鏡的透過(guò)波前誤差檢驗(yàn)與被測(cè)凸 非球面反射鏡的面形誤差檢驗(yàn)中，測(cè)試光束經(jīng)過(guò)非球面補(bǔ)償透鏡的路徑是完全相同的，從 而消除由于大口徑補(bǔ)償透鏡材料不均勻、材料缺陷等對(duì)反射鏡面形檢驗(yàn)結(jié)果的影響，使得 大口徑凸非球面反射鏡的面形誤差的檢驗(yàn)精度主要取決于小口徑補(bǔ)償器的加工和裝調(diào)精 度，避免檢測(cè)時(shí)凸非球面反射鏡的口徑較大而檢測(cè)不精準(zhǔn)，具有測(cè)量口徑大、精度高的優(yōu) 點(diǎn)；同時(shí)，降低了大口徑補(bǔ)償透鏡的透過(guò)波前誤差要求，從而降低了材料和加工成本。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1是本發(fā)明基于補(bǔ)償透鏡的大口徑凸非球面反射鏡的干涉檢驗(yàn)方法的原理圖。
[0021] 圖2是本發(fā)明中非球面補(bǔ)償透鏡的透過(guò)波前誤差檢驗(yàn)原理圖。
[0022] 圖3是本發(fā)明中非球面補(bǔ)償透鏡設(shè)計(jì)原理圖。
[0023]圖4是本發(fā)明中非球面補(bǔ)償透鏡設(shè)計(jì)的剩余像差。
[0024]圖5是本發(fā)明中本發(fā)明實(shí)施例的小口徑補(bǔ)償器設(shè)計(jì)原理圖。
[0025] 圖6是本發(fā)明中小口徑補(bǔ)償器設(shè)計(jì)的剩余像差。
[0026] 圖中各標(biāo)號(hào)表不：
[0027] 1、大口徑凸非球面反射鏡；11、凸非球面凸面；12、凸非球面凹面；2、平面干涉儀； 21、參考平面；3、非球面補(bǔ)償透鏡；4、小口徑補(bǔ)償器；41、大透鏡；411、大透鏡前凸面；412、 大透鏡后平面；42、小透鏡；421、小透鏡前凹面；422、小透鏡后凹面。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 以下結(jié)合說(shuō)明書附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0029] 圖1至圖6示出了本發(fā)明基于補(bǔ)償透鏡的大口徑凸非球面反射鏡的干涉檢驗(yàn)方法 的一種實(shí)施例，該干涉檢測(cè)方法包括如下步驟；
[0030] S1、非球面補(bǔ)償透鏡3的透過(guò)波前誤差檢測(cè)：沿平面干涉儀2的輸出光束方向依次 放入非球面補(bǔ)償透鏡3和小口徑補(bǔ)償器4,平面干涉儀2發(fā)出的準(zhǔn)直光束對(duì)準(zhǔn)非球面補(bǔ)償透 鏡3和小口徑補(bǔ)償器4,對(duì)非球面補(bǔ)償透鏡3的透過(guò)波前誤差進(jìn)行零位干涉檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果 存盤為系統(tǒng)誤差；
[0031] S2、大口徑凸非球面反射鏡1的面形誤差的檢測(cè)：在非球面補(bǔ)償透鏡3與小口徑補(bǔ) 償器4之間插入大口徑凸非球面反射鏡1，對(duì)大口徑凸非球面反射鏡1的面形誤差進(jìn)行零位 補(bǔ)償干涉檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果減去步驟S