[實用新型]改進(jìn)型奧夫納爾檢驗超大口徑凹非球面鏡的光學(xué)系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201921931037.0
• 申請日: 2019-11-11
• 公開（公告）號: CN210862560U
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王欣;劉強(qiáng);周浩;何志平;舒嶸;賈建軍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B11/255
• 代理公司: 上海滬慧律師事務(wù)所 31311
• 代理人: 郭英

本專利公開了一種改進(jìn)型奧夫納爾檢驗超大口徑凹非球面鏡的光學(xué)系統(tǒng)。由檢測設(shè)備發(fā)出光線經(jīng)第一補(bǔ)償透鏡和第二補(bǔ)償透鏡透射，至待檢凹非球面鏡自準(zhǔn)后返回。光學(xué)系統(tǒng)選用大入射光線孔徑角，第一補(bǔ)償透鏡承擔(dān)較大的非球面法線像差，大大提高了補(bǔ)償能力，在小口徑比條件下實現(xiàn)了非球面球差的平衡；補(bǔ)償器口徑與被檢非球面口徑比非常小，僅為0.025；采用兩片式補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)，補(bǔ)償透鏡數(shù)量少、全球面設(shè)計，打破了為了檢驗大口徑非球面將補(bǔ)償系統(tǒng)非球面鏡化的設(shè)計局限，方案簡單，加工周期更短；檢驗光路像質(zhì)優(yōu)良，波像差達(dá)到PV值優(yōu)于0.1λ，適合高精度的非球面面形加工。改進(jìn)型奧夫納爾檢驗可以實現(xiàn)14m超大口徑、1:1.43超大相對孔徑的非球面鏡檢驗。

技術(shù)領(lǐng)域

本專利涉及超大口徑、超大相對孔徑的凹非球面鏡檢驗，具體是指基于零位補(bǔ)償檢驗非球面鏡的改進(jìn)型奧夫納爾光學(xué)系統(tǒng)。光學(xué)系統(tǒng)適合于檢驗曲率半徑至少為40m、口徑為13.98m的凹非球面鏡，相對孔徑達(dá)到1/1.43；光線一次經(jīng)過待檢凹非球面鏡。

背景技術(shù)

大口徑光學(xué)系統(tǒng)在天文光學(xué)、空間光學(xué)和地基空間目標(biāo)探測與識別等領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。非球面是大口徑光學(xué)系統(tǒng)中的一項關(guān)鍵技術(shù)，其原因在于大口徑非球面具有擴(kuò)大視場、降低系統(tǒng)復(fù)雜性、提高空間分辨率以及增大信號能量等優(yōu)良特性。設(shè)計大口徑非球面鏡的加工是通過輔助光學(xué)系統(tǒng)檢驗非球面鏡實現(xiàn)的，光學(xué)檢測的方案制約了其在光學(xué)系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用。因此，大口徑非球面檢測方法的研究對提高我國的天文觀測、空間遙感和預(yù)警水平有十分重要的意義

零位補(bǔ)償非球面鏡檢驗利用補(bǔ)償透鏡生成的球差補(bǔ)償待檢凹非球面鏡的法距差，進(jìn)行自準(zhǔn)檢驗。具有代表性的典型方法是奧夫納爾凹非球面鏡檢驗，利用位于待檢凹非球面鏡曲率半徑球心后的補(bǔ)償正透鏡，檢驗凹拋物面，待檢凹拋物面是自準(zhǔn)面，屬于后零位補(bǔ)償非球面鏡檢驗。

1962年以后科學(xué)家將補(bǔ)償法用于干涉光路中，使補(bǔ)償法的價值得到顯著提高，根據(jù)干涉圖形不僅可以對偏差做出定性的分析，同時還可以很高精度做出定量的判斷。目前國外很多典型的大型空間望遠(yuǎn)系統(tǒng)主鏡的檢測都采用奧夫納爾補(bǔ)償方法，其中典型的美國的MMT(Multiple Mirror Telescope)主鏡口徑6.5m、相對孔徑1:1.25，主鏡檢驗使用兩片場鏡和一片補(bǔ)償鏡的奧夫納爾補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)，檢測結(jié)果剩余波像差RMS為0.03λ，補(bǔ)償鏡最大口徑為270mm。英國皇家天文臺曾用一套三片式奧夫納爾補(bǔ)償系統(tǒng)檢驗一塊通光口徑為2.5m，相對孔徑1:1.2的拋物面主鏡，補(bǔ)償后的剩余波像差RMS為0.31λ。

我國目前研制的大鏡面如南京天儀中心的2.16m望遠(yuǎn)鏡主鏡，其相對孔徑為1:3，檢驗方法上使用的是Offner補(bǔ)償器和刀口儀實現(xiàn)定性測量。上海光機(jī)所的1.56m望遠(yuǎn)鏡主鏡的相對孔徑為1:3.3，在檢驗方法上使用的是古典的哈特曼屏和剪切干涉儀。成都光電所研制的1.1m拋物面主鏡，其相對孔徑為1:5左右，檢驗方法上使用的是平面鏡自準(zhǔn)直技術(shù)和Offner補(bǔ)償器與刀口儀結(jié)合實現(xiàn)定性測量。

零位補(bǔ)償奧夫納爾非球面鏡檢驗方法利用較小的補(bǔ)償透鏡或反射鏡可實現(xiàn)大口徑凹非球面鏡檢驗，國外文獻(xiàn)表明6.5m口徑、1:1.25相對孔徑使用了三片補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)，此時補(bǔ)償鏡口徑已經(jīng)較大為270mm；而國內(nèi)大口徑的凹拋物面主鏡采用相對孔徑較小在1:3左右。國內(nèi)外發(fā)展說明利用零位補(bǔ)償奧夫納爾非球面方法檢驗大口徑非球面時的補(bǔ)償器明顯復(fù)雜、補(bǔ)償器口徑過大造成難以獲取材料等難題，因此本專利提出改進(jìn)型奧夫納爾檢驗光學(xué)系統(tǒng)，采用300mm小口徑的兩片式補(bǔ)償鏡結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)14m口徑、1/1.43相對孔徑的超大口徑、超大相對孔徑凹非球面鏡檢驗。

相對于目前應(yīng)用的零位補(bǔ)償奧夫納爾非球面鏡檢驗方法，改進(jìn)型奧夫納爾檢驗非球面鏡區(qū)別在于：

1.改進(jìn)型奧夫納爾檢驗非球面鏡的最大補(bǔ)償器口徑與被檢非球面口徑比非常小，僅為0.025，檢驗14m口徑的補(bǔ)償器口徑不超過350mm，這種口徑大小的補(bǔ)償器透鏡材料容易獲得。而MMT望遠(yuǎn)鏡主鏡檢驗時補(bǔ)償器與待檢鏡的口徑比為0.042，當(dāng)檢驗14m口徑非球面鏡需要588mm口徑補(bǔ)償鏡，補(bǔ)償器口徑巨大難以獲取材料。