[發明專利]檢測鏡面的校正方法

無效

• 申請號: 201080052714.7
• 申請日: 2010-09-08
• 公開（公告）號: CN102695972A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 雷米·布爾瓜斯;伊曼紐爾·卡尼斯
• 申請（專利權）人: 薩基姆防務安全公司
• 主分類號: G02B5/10
• 分類號: G02B5/10;G02B5/32;G01B11/24;G01M11/00
• 代理公司: 上海天協和誠知識產權代理事務所 31216
• 代理人: 童錫君

本發明涉及檢測鏡面的校正方法，特別是檢測離軸非球面鏡面的表面的校正方法。

諸如望遠鏡鏡面的鏡面生產包括鏡面的檢測，在鏡面的制造過程中，根據鏡面的檢測和表面重新制作的重復過程來執行鏡面的檢測。所述檢測在于搜索和測量鏡面反射表面的實際形狀與鏡面的技術規格書的理論表面(稱之為目標表面)之間的差異。

這樣的檢測可以在整個鏡面上進行，或若所述鏡面由多個鏡面元件組成，所述多個鏡面元件分開并且設計成并置來重構完整的鏡面，則檢測可以在該鏡面的一個元件上執行。在下文中，整個鏡面或鏡面元件將被簡稱為鏡面，可以理解的是檢測方法用于具有反射表面的整個元件。

對第一序列，離軸非球面鏡面的表面可以由平均曲率和平均象散數值來描述，其在整個表面上建立的。但是局部曲率值和局部散射值相對于這些平均數值變化，并且它們在鏡面的表面上分離的各個點之間都是不同的。此外，還經常需要附加的項目，以便對鏡面的表面的形狀進行更精確的描述：彗差，球面像差等。檢測的目的是測量鏡面表面上的各個點處的這些項目中實際數值和目標表面的數值之間的差異。

一個執行如此檢測的通用方法在于，用合適的光源照亮整個鏡面，最通常地是用激光源，通過光學補償器或“零透鏡”。零透鏡設計用于補償波陣面的畸變，所述畸變由鏡面的目標表面產生。零透鏡的特性不是先驗確定的，但是常可使用全息圖，因為全息圖可以從目標表面起數字化地產生，該生成方法非常容易。這樣的數字全息圖像通常標記為“計算機生成的全息圖”(CGH)。光干涉然后在參考波前和由光學補償器在鏡面上光的反射產生的波前之間產生。該光干涉產生了光強度的二維分布，或干涉圖，其表征了鏡面的實際表面和目標表面之間的差異。這樣的干涉圖包括當兩個波前足夠地不同時的光學條紋。

為此目的，所用檢測工具包括：

-第一支架，其設計用于在相對于檢測工具的確定位置保持鏡面；

-光學補償器，其本身包括數字全息圖像，所述數字全息圖像的有用的部分包括根據鏡面目標表面計算的圖像；

-第二支架，其設計用在圖像獲取時間過程中保持光學補償器，此外第二支架還用于沿著檢測工具的橫向側向地轉換所述光學補償器，并且使光學補償器圍繞所述檢測工具的縱軸旋轉；

-光源，其設計成當獲得圖像時產生光束，并且布置成通過平行于縱軸的光學補償器的數字全息圖像照亮鏡面的反射表面；

-光學系統，其設計用于產生干涉，該干涉在由光源產生光束的參考部分和由鏡面通過光學補償器的數字全息圖像反射的所述光束的部分之間；以及

-圖像錄制系統，其設置成獲取由干涉所產生的光強度的分布，并且疊加在由所述鏡面反射的光束部分形成的鏡面的圖像上。

通常，光學補償器位于離鏡面的一定距離處，該鏡面允許獲得其整個反射面的圖像，在所述鏡面上疊加干涉圖。因此，單個的圖像允許鏡面的全部表面被檢測。在該領域的專業術語中，這樣的檢測稱之為“全瞳孔模式”(full?pupil?mode)。對此模式，在光源和鏡面之間的距離必須完全等于后者的反射面的平均曲率半徑。

然后，通過繞著檢測工具的縱軸旋轉補償器，就可相對于鏡面容易地定向光學補償器。實際上補償器的全息圖和第一支架包括校正特征，這些特征在圖像錄制系統獲取的圖像中同時可見，并且在第一支架上的鏡面的位置從其他地方可以獲知。光學補償器的參考方向和鏡面的參考方向因此相互平行。這些參考方向通常分別為光學補償器和鏡面的散射軸。

如今，對于望遠鏡的主要的鏡面，鏡面的平均曲率半徑可以為幾十米。假定全息補償器的尺寸通過其構造限制至幾十公分，則光學補償器和鏡面之間的距離應是非常大，以便以全瞳孔模式執行鏡面的檢測。但是，當該距離超過大約3m(米)時，氣體擾動和溫度的變化將出現在補償器和鏡面之間，擾亂干涉圖。

還可以想像，通過使光學補償器接近鏡面的反射面，來檢測具有較大曲率半徑的鏡面。但是，望遠鏡鏡面通常具有也可以非常大的側向尺寸，尤其是大于1m，或者甚至大于1.5m。于是，僅鏡面表面的限制部分，通常稱為“子瞳孔”，可以通過光學補償器照明，同時由圖像錄制系統獲取圖像。從該圖像獲取的該表面的檢測因此限制在鏡面表面的該部分。多個圖像因此必須分別連續獲取鏡面的表面的不同的部分，以允許檢測整個表面。光學補償器因此必須相對于鏡面在連續圖像之間位移。

如今存在著個種方法，用來非常精確地確定光學補償器相對鏡面的位移方向，并且還用來確定對光學補償器位移的參考點。由此，本發明的一個目的是關于檢測工具的縱軸來定向光學補償器，其中，當各個圖像通過光學補償器獲取時，僅照明鏡面表面的限制的部分。