[发明专利]基于补偿透镜的大口径凸非球面反射镜的干涉检验方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学检测技术领域，尤其涉及一种基于补偿透镜的大口径凸非球面反射镜的干涉检验方法。

背景技术

大口径凸非球面(通光口径大于或等于150mm)广泛应用于大型空间、地基和深空探测望远镜系统中，作为其中的次镜，是参与高质量成像的重要组成元件，其口径大小和面形精度是决定成像分辨率和像质的关键因素。

凸二次非球面可以利用一对无像差点(例如抛物面的焦点和无穷远点)，实现零位测试，如Hindle方法检验凸双曲面反射镜时，干涉仪点光源位于被测双曲面的一个焦点上，辅助的Hindle球面的球心则与另一个焦点重合，将被测面反射的测试光束沿原路返回到干涉仪。但是无像差点法受到测量光路的限制，不易实现，要求1.5～2倍或更大口径的Hindle球面也增加了成本和难度，而且不适用于高次非球面。一种变通的方法是结合Hindle检验与子孔径拼接方法，依次测量被测凸非球面上的一系列相互重叠的子孔径区域，然后拼接得到全口径面形误差，这种方法可以减小Hindle球面的口径，但是对拼接装置和算法要求较高，而且不适用于高次非球面。

补偿检验是凸非球面检验的常用方法，在干涉仪与被测凸非球面反射镜之间放置一个补偿透镜，通过补偿透镜补偿被测凸非球面的像差，可适用于二次非球面和高次非球面。干涉仪发出的测试光束经过补偿透镜后变换为与被测凸非球面匹配的测试光束，垂直入射到被测凸非球面上，反射后沿原路返回到干涉仪。补偿透镜起到光束汇聚与像差平衡的作用，通常含有非球面，口径应略大于被测凸非球面的口径，从而带来了大口径非球面补偿透镜本身的材料均匀性、加工、检测与装调等一系列问题，是限制测量精度提高的主要障碍。补偿透镜也可以是基于衍射原理的计算机生成全息图(Computer Generated Hologram，CGH)，但是大口径的CGH制作工艺目前还不成熟，同样面临精度偏低的问题。

背面透过检验法巧妙地将被测凸非球面当作凹面检测，从而避免了凸面检测的难题。干涉仪发出的测试光束经过补偿器后变换为发散光束，从被测镜的背面透过后垂直入射到被测非球面上；被测非球面此时相当于凹面，使测试光束反射后沿原路返回到干涉仪。该方法可用小口径补偿器(通光口径小于150mm)，但是不能从正面对凸非球面反射镜进行检验，要求被测凸非球面反射镜使用均匀性极高的熔石英等透光材料，且不能有背面减重结构，对面形精度控制和整个光学系统的轻量化十分不利。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种操作简单、检测口径大、精度高且可避免材料不均匀和材料缺陷对检验影响的大口径凸非球面反射镜的干涉检验方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于补偿透镜的大口径凸非球面反射镜的干涉检验方法，包括以下步骤：

S1、非球面补偿透镜的透过波前误差检测：沿平面干涉仪的输出光束方向依次放入非球面补偿透镜和小口径补偿器，所述平面干涉仪发出的准直光束对准非球面补偿透镜和小口径补偿器，对所述非球面补偿透镜的透过波前误差进行零位干涉检验，检验结果存盘为系统误差；

S2、大口径凸非球面反射镜的面形误差的检测：在所述非球面补偿透镜与小口径补偿器之间插入大口径凸非球面反射镜，对所述大口径凸非球面反射镜的面形误差进行零位补偿干涉检验，检验结果减去步骤S1所得系统误差，得到所述大口径凸非球面反射镜的面形误差。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述平面干涉仪的口径大于或等于非球面补偿透镜的口径，所述非球面补偿透镜的口径大于被测的大口径凸非球面反射镜的口径，所述小口径补偿器的口径小于被测的大口径凸非球面反射镜的口径。

所述小口径补偿器的口径小于150mm。

所述非球面补偿透镜的设计参数通过光学设计软件进行优化，以平衡被测的凸非球面凸面的像差为优化目标，优化条件为大口径准直光束经过非球面补偿透镜后变换为与大口径凸非球面反射镜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。

所述非球面补偿透镜为平凸透镜，面向所述平面干涉仪的表面为高次凸非球面，另一面为平面。

所述小口径补偿器的设计参数通过光学设计软件进行优化，以平衡被测的凸非球面凹面的像差为优化目标，优化条件为准直光束从小口径补偿器远离大口径凸非球面反射镜的最后一个表面入射，经过小口径补偿器后变换为与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。

所述小口径补偿器包括沿所述平面干涉仪的准直光束方向依次布置的小透镜和大透镜。