[发明专利]计算全息和球面反射镜检测不同离轴量非球面的方法

说明书

计算全息和球面反射镜检测不同离轴量非球面的方法。1.设计检测光路初始结构，确定球面反射镜曲率半径及其相对位置；2.逆向光路追迹，以球面反射镜和计算全息共同补偿离轴子镜像差；3.设计正向自准直检测光路，全息增加倾斜载频用以滤除非工作衍射级次光线；4.求解全息空间频率确定其加工工艺参数；5.设计对准全息、基准全息用以调整干涉仪测试点、计算全息、球面反射镜及待测离轴子镜之间的相对位置；6.重复步骤2‑5，使用相同光路结构、不同计算全息设计不同离轴量子镜自准直检测光路。本发明可用于不同离轴量非球面的批量检测，仅需更换相应计算全息片即可实现镜面面形的高精度检测，检测光路装调方便，大幅提高了检测效率。

技术领域

本发明属于光学干涉测量领域，具体涉及一种使用球面反射镜和计算全息片组合对不同离轴量非球面反射镜表面面形进行高精度干涉检测的方法。

背景技术

当今流行的天文望远镜，大多采用高精度的二次曲面反射镜来对天体发出的平行光成像。望远镜光路通常为由非球面组成的两镜系统或三镜系统，望远镜收集的光能量越多，其成像也就越清晰。提高望远镜的分辨能力，主要采用两种方法，一是增加望远镜的进光量，主要是增大望远镜口径(拼接子镜阵列)，二是提高望远镜成像质量(自适应光学)。国际上正在建设的大口径望远镜主镜口径已达到30米量级，TMT(Thirty Meter Telescope)子镜数量为492块，我国即将立项建造的12米望远镜主镜子镜数量也达到84块，如何对数量众多的离轴镜面进行批量化检测成为了其中一个难点。

离轴镜面高精度零位检测常用的方法有无像差点法、补偿法、计算全息法等。小口径的离轴镜面，通常可以将其绕子镜中心点旋转平移，作为轴上自由曲面，设计计算全息片进行面形的高精度检测。然而当检测光路变长，离轴镜面口径增大时，沿非球面法线投影到计算全息片映射严重失真，干涉仪采集到的图像变形也较为严重，缩短检测光路有助于计算全息片映射失真、干涉仪采集镜面图像变形的减小。镜面面形检测光路的缩短，可以采用消球差透镜的方式进行设计，消球差透镜加工精度要求较为严格，加工误差对检测结果有较大的影响。

现有技术中，大口径、大离轴量、高陡度非球面镜面面形检测时，单独一块计算全息进行镜面检测时投影畸变较为严重而丢失一些高频信息、消球差透镜与计算全息组合检测时消球差透镜难以加工，这已经成为本领域的一项技术难题。

发明内容

为了克服现有技术中，大口径、不同离轴量非球面镜面面形批量化检测时，单独一块计算全息进行镜面检测时投影畸变严重而丢失一些面形高频信息、消球差透镜与计算全息组合检测时大口径消球差透镜难以加工等难题，本发明提出了一种采用球面反射镜和计算全息组合对离轴非球面反射镜进行面形检测的方法，球面反射镜不仅起到缩短光路的作用，而且可以补偿离轴非球面大部分像差，检测光路残余像差由计算全息进行补偿。针对不同离轴量的子镜，仅需更换相应的计算全息片，重新调整光路干涉仪及计算全息位置即可实现不同离轴子镜的面形检测，结构简单，最大程度上降低了检测成本。

实现上述发明目的的技术方案是：计算全息和球面反射镜检测不同离轴量非球面的方法，其特征在于，步骤如下：

步骤1：检测光路逆向追迹，以离轴非球面母镜中心子镜为检测目标，设计球面反射镜，其口径为待测镜面1/3-1/2，球面曲率半径大约设置为待测镜到球面反射镜的距离，使沿中心子镜法线出射的光线，经球面反射镜反射，汇聚到点列图光斑尺寸最小的位置；

换言之，步骤1是设计一个球面反射镜，该球面镜可以缩短检测光路距离，补偿离轴子镜大部分像差，为方便检测光路装调，其曲率半径与待测离轴镜面到球面反射镜距离大致相同；

步骤2：离轴子镜中心法线方向为检测光路光轴方向，球面反射镜与离轴子镜中心点距离与步骤1母镜中心子镜和球面反射镜距离相同，旋转球面反射镜使沿离轴子镜法线方向出射光线汇聚到轴外一点，以点列图光斑最小均方根半径值为优化目标，球面反射镜到光线汇聚点距离为自变量进行优化，使汇聚光点列图光斑达到最小；