[发明专利]一种半椭球反射面的光学性能综合评价方法

说明书

本发明提出了一种半椭球反射面光学性能综合评价方法。该方法包括整体面形检测和反射率测量；其中整体面形检测主要是在半椭球焦点A、B处分别放置漫透射板和第一相机；经过扩束准直的激光被分束镜分光，分束镜反射光入射至漫透射板，经散射后到达半椭球反射面，由半椭球反射面反射汇聚至第一相机；在分束镜透射光路上与焦点A等光程处摆放第二相机；第二相机、第一相机分别拍摄入射光斑、光斑共轭像；对比入射光斑与其共轭像，根据共轭像失真、模糊程度，对面形精度和表面粗糙度进行评价；反射率测量包括局部反射率测量和总反射率测量。本发明具有检测效率高、实施成本低、易操作、抗干扰、系统全面等优点。

技术领域

本发明属于光学测试技术领域，涉及一种半椭球反射面的光学性能综合评价方法，尤其适用于大口径半椭球反射面的整体面形、反射特性等光学性能的综合评价方法。

背景技术

半椭球反射面具有独特的空间结构，利用其共轭特性，可以提高光学系统性能并简化仪器结构，具有良好的应用前景。根据半椭球反射面工作原理，反射面的面形精度、表面粗糙度、膜层反射特性都是决定其应用效果的重要指标。

半椭球反射面属于二次非球面范畴，现有非球面性能分析以分项指标检测为主。其中，面形测量方法按原理分为接触式和非接触式两类。接触式测量有轮廓仪法、三坐标机法等，接触式测量技术成熟，但采样密度偏低且易划伤元件表面。所以，对于抛光镜面，更多地采用非接触式测量，常用的有传统干涉仪、剪切干涉仪、波带板干涉法、计算全息法、子孔径拼接法、相位恢复法、激光扫描法等。前六种方法基于干涉原理、测量精度高，但传统干涉仪、剪切干涉仪、波带板干涉法、计算全息法测量需制作补偿元件或全息图，补偿元件、全息图设计难度大、制作成本高，尤其是对大口径非球面；子孔径拼接法亦存在装置校准、图像处理较为繁琐等缺点。相位恢复法基于衍射原理，适用于大口径光学元件，但目前测量精度偏低、系统较复杂。激光扫描法是几何光线法中发展较好的一种，利用激光扫描元件表面，通过探测器测量获取激光反射角度或距离，解算得到待测件的面形，具有系统简单、稳定性好、通用性强等优点，但测量精度偏低。抛光镜面的表面粗糙度、膜层反射率一般取相同材质及工艺制作的小尺寸陪片的测量结果：目前镜面粗糙度测量较多地采用原子力显微镜，纵向分辨率可达到0.1nm，测量范围～10⁴μm量级；膜层反射率通常采用分光光度计或利用关注波长或波段激光直接测量。

总的来说，目前可用于半椭球反射面性能分项指的标检测手段各有局限性，综合评价方法更为缺乏，限制了该类元件的光学性能提升与推广应用。

发明内容

本发明提出了一种半椭球反射面光学性能综合评价方法，综合整体面形和反射特性的测量，从而较全面地评价该类元件光学性能。

本发明的解决技术方案如下：

一种半椭球反射面的光学性能综合评价方法，包括整体面形检测和反射率测量；

a、整体面形检测的过程如下：

在半椭球焦点A、B处分别放置漫透射板和第一相机；经过扩束准直的激光被分束镜分光，分束镜反射光入射至漫透射板，经散射后到达半椭球反射面，由半椭球反射面反射汇聚至第一相机；在分束镜透射光路上与焦点A等光程处摆放第二相机；

第二相机、第一相机分别拍摄入射光斑、光斑共轭像；对比入射光斑与其共轭像，根据共轭像失真、模糊程度，对面形精度和表面粗糙度进行综合评价；

b、所述反射率测量包括局部反射率测量和总反射率测量；其中：

b1)局部反射率测量的过程如下：

设置透镜或透镜组，其焦点与半椭球反射面的焦点A重合，并在焦点B放置探测组件；经过扩束准直的激光通过透镜或透镜组聚焦至焦点A，然后再发散至半椭球反射面的待测区，经待测区反射汇聚进入焦点B处的探测组件；探测组件测量得到的光功率与入射光功率之比即为局部反射率；