[發明專利]計算全息和球面反射鏡檢測不同離軸量非球面的方法

在審

• 申請號: 201910342720.9
• 申請日: 2019-04-26
• 公開（公告）號: CN110108228A
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 李新南;王豐璞;徐晨;黃亞
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家天文臺南京天文光學技術研究所
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務所 32230
• 代理人: 栗仲平

計算全息和球面反射鏡檢測不同離軸量非球面的方法。1.設計檢測光路初始結構，確定球面反射鏡曲率半徑及其相對位置；2.逆向光路追跡，以球面反射鏡和計算全息共同補償離軸子鏡像差；3.設計正向自準直檢測光路，全息增加傾斜載頻用以濾除非工作衍射級次光線；4.求解全息空間頻率確定其加工工藝參數；5.設計對準全息、基準全息用以調整干涉儀測試點、計算全息、球面反射鏡及待測離軸子鏡之間的相對位置；6.重復步驟2?5，使用相同光路結構、不同計算全息設計不同離軸量子鏡自準直檢測光路。本發明可用于不同離軸量非球面的批量檢測，僅需更換相應計算全息片即可實現鏡面面形的高精度檢測，檢測光路裝調方便，大幅提高了檢測效率。

技術領域

本發明屬于光學干涉測量領域，具體涉及一種使用球面反射鏡和計算全息片組合對不同離軸量非球面反射鏡表面面形進行高精度干涉檢測的方法。

背景技術

當今流行的天文望遠鏡，大多采用高精度的二次曲面反射鏡來對天體發出的平行光成像。望遠鏡光路通常為由非球面組成的兩鏡系統或三鏡系統，望遠鏡收集的光能量越多，其成像也就越清晰。提高望遠鏡的分辨能力，主要采用兩種方法，一是增加望遠鏡的進光量，主要是增大望遠鏡口徑(拼接子鏡陣列)，二是提高望遠鏡成像質量(自適應光學)。國際上正在建設的大口徑望遠鏡主鏡口徑已達到30米量級，TMT(Thirty Meter Telescope)子鏡數量為492塊，我國即將立項建造的12米望遠鏡主鏡子鏡數量也達到84塊，如何對數量眾多的離軸鏡面進行批量化檢測成為了其中一個難點。

離軸鏡面高精度零位檢測常用的方法有無像差點法、補償法、計算全息法等。小口徑的離軸鏡面，通常可以將其繞子鏡中心點旋轉平移，作為軸上自由曲面，設計計算全息片進行面形的高精度檢測。然而當檢測光路變長，離軸鏡面口徑增大時，沿非球面法線投影到計算全息片映射嚴重失真，干涉儀采集到的圖像變形也較為嚴重，縮短檢測光路有助于計算全息片映射失真、干涉儀采集鏡面圖像變形的減小。鏡面面形檢測光路的縮短，可以采用消球差透鏡的方式進行設計，消球差透鏡加工精度要求較為嚴格，加工誤差對檢測結果有較大的影響。

現有技術中，大口徑、大離軸量、高陡度非球面鏡面面形檢測時，單獨一塊計算全息進行鏡面檢測時投影畸變較為嚴重而丟失一些高頻信息、消球差透鏡與計算全息組合檢測時消球差透鏡難以加工，這已經成為本領域的一項技術難題。

發明內容

為了克服現有技術中，大口徑、不同離軸量非球面鏡面面形批量化檢測時，單獨一塊計算全息進行鏡面檢測時投影畸變嚴重而丟失一些面形高頻信息、消球差透鏡與計算全息組合檢測時大口徑消球差透鏡難以加工等難題，本發明提出了一種采用球面反射鏡和計算全息組合對離軸非球面反射鏡進行面形檢測的方法，球面反射鏡不僅起到縮短光路的作用，而且可以補償離軸非球面大部分像差，檢測光路殘余像差由計算全息進行補償。針對不同離軸量的子鏡，僅需更換相應的計算全息片，重新調整光路干涉儀及計算全息位置即可實現不同離軸子鏡的面形檢測，結構簡單，最大程度上降低了檢測成本。

實現上述發明目的的技術方案是：計算全息和球面反射鏡檢測不同離軸量非球面的方法，其特征在于，步驟如下：

步驟1：檢測光路逆向追跡，以離軸非球面母鏡中心子鏡為檢測目標，設計球面反射鏡，其口徑為待測鏡面1/3-1/2，球面曲率半徑大約設置為待測鏡到球面反射鏡的距離，使沿中心子鏡法線出射的光線，經球面反射鏡反射，匯聚到點列圖光斑尺寸最小的位置；

換言之，步驟1是設計一個球面反射鏡，該球面鏡可以縮短檢測光路距離，補償離軸子鏡大部分像差，為方便檢測光路裝調，其曲率半徑與待測離軸鏡面到球面反射鏡距離大致相同；

步驟2：離軸子鏡中心法線方向為檢測光路光軸方向，球面反射鏡與離軸子鏡中心點距離與步驟1母鏡中心子鏡和球面反射鏡距離相同，旋轉球面反射鏡使沿離軸子鏡法線方向出射光線匯聚到軸外一點，以點列圖光斑最小均方根半徑值為優化目標，球面反射鏡到光線匯聚點距離為自變量進行優化，使匯聚光點列圖光斑達到最小；