[發明專利]一種大口徑凸自由曲面反射鏡鏡面面形檢測系統和方法

在審

• 申請號: 201911316403.6
• 申請日: 2019-12-19
• 公開（公告）號: CN110986824A
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發明（設計）人: 閆力松;莫言;晁聯盈;陳曉晨;馬冬林
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

本發明公開了一種大口徑凸自由曲面反射鏡鏡面面形檢測系統和方法，屬于先進光學系統技術領域。本發明通過將曲面計算全息圖與球面反射鏡相結合，對自由曲面反射鏡完成零位補償。為實現檢測光路中干涉儀、曲面計算全息圖、球面反射鏡及待測凸自由曲面反射鏡的精確對準，在曲面計算全息圖上設計相應的功能區域，其中曲面計算全息圖共包含凸面部分的干涉儀對準區域以及凹面部分主檢測區域、投射十字線區域及球面反射鏡對準區域等多個衍射區域，上述區域相結合共同保證了檢測光路中各光學元件的精確對準及自由曲面面形結果的測量獲得。本發明具有檢測精度高、檢測場地環境及尺寸要求簡單等優點，為現代先進光學系統的制造開發提供保證。

技術領域

本發明屬于先進光學系統技術領域，更具體地，涉及一種大口徑凸自由曲面反射鏡鏡面面形檢測系統和方法。

背景技術

自由曲面具有改善光學系統像質、提高光學系統設計自由度、簡化光學系統結構等優點，是現代光學系統的核心元件，其已經在空間相機光學系統、光刻系統、顯示及成像系統中得到了廣泛的應用。鑒于自由曲面光學元件自身的優勢及廣泛的應用，不符合精度要求的反射鏡面形會嚴重影響光學系統的性能，例如對于成像系統將不會獲得好的像質、對于光刻系統將難以得到超高分辨率等，其元件表面面形的高精度測量顯得尤為重要。通常作為光學鏡面最終面形測試手段，干涉測量是光學元件高精度制造的基礎。

大口徑凸自由曲面光學反射鏡在光學系統中有著廣泛的應用，尤其對于空間相機光學系統及大口徑望遠鏡光學系統，通常將其作為次鏡應用于光學系統中。對于空間相機，目前其次鏡口徑正在逼近1m量級，對于正在建造的三十米望遠鏡(Thirty MeterTelescope，TMT)及歐洲極大望遠鏡(European Extremely Large Telescope，E-ELT)項目，其次鏡口徑甚至已經超過1.5m。對于此類大口徑光學凸面反射鏡，通常采用拼接測量方式，但是該方式檢測時間長、檢測次數多，同時拼接算法的精度會限制最終鏡面面形重構精度。上述困難為相關光學系統的設計及制造帶來了局限性，嚴重制約了相關先進光學系統的開發制造。因而，實現大口徑凸自由曲面反射鏡鏡面面形測量是現代先進光學系統開發中的核心步驟之一，對于其制造具有重要意義。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種大口徑凸自由曲面反射鏡鏡面面形檢測系統和方法，旨在解決大口徑凸自由曲面反射鏡鏡面面形檢測精度不高的問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種大口徑凸自由曲面反射鏡鏡面面形檢測系統，包括待測凸自由曲面反射鏡、曲面計算全息圖、球面反射鏡和干涉儀；

所述曲面計算全息圖的凸面部分包括干涉儀對準區域(A1)和凸面遮攔反射區域(A2)，所述曲面計算全息圖的凹面部分包括球面反射鏡對準區域(B1)、十字線投射區域(B2)及主檢測區域(B3)；

所述干涉儀對準區域(A1)用于所述曲面計算全息圖與干涉儀的精確對準；

所述球面反射鏡對準區域(B1)用于所述曲面計算全息圖與球面反射鏡的精確對準。

進一步地，所述曲面計算全息圖的前后表面均為球面。

進一步地，所述干涉儀對準區域(A1)位于所述曲面計算全息圖凸面部分的中心。

進一步地，所述球面反射鏡對準區域(B1)位于所述主檢測區域(B3)的外圍。

本發明還提供了一種基于上述大口徑凸自由曲面反射鏡鏡面面形檢測系統的檢測方法，包括以下步驟：

S1、利用所述干涉儀對準區域(A1)完成所述曲面計算全息圖與干涉儀的對準；

S2、放置球面反射鏡，調節球面反射鏡的位置，使所述干涉儀、球面反射鏡及曲面計算全息圖精確對準；