[发明专利]一种等厚离轴非球面镜的加工方法

说明书

本发明属于光学加工技术领域，具体涉及一种离轴非球面镜的加工方法，为解决现有加工等厚离轴非球面近轴端与远轴端矢高偏差大导致增加了面形误差PV值，且增大了修磨矫正误差的工作量的技术问题，采用的技术方案是以离轴量处点为圆心，求解口径为近轴端与远轴端距离的圆与非球面母线的交点，用两交点连线的水平仰角作为等厚旋转角度，对于陡度不大的或者口径不大的离轴镜，旋转后的近轴端与远轴端的矢高几乎相等，本方案的等厚处理受口径和陡度变化影响不大，适用范围广，近轴端与远轴端的矢高差远小于现有技术。

技术领域

本发明属于光学加工技术领域，具体涉及一种等厚离轴非球面镜的加工方法。

背景技术

离轴非球面镜用于成像光学系统中可以避免中心遮拦，还能减少系统体积和重量，同时提高系统的成像质量，是空间光学系统、天文学和高精度测量系统不可或缺的光学器件。鉴于以上优点，研究开发新的离轴非球面加工技术一直是光学加工领域研究的一项重要任务。

离轴非球面镜的应用领域决定了它需要达到超精密加工要求，即不仅要求具有纳米量级的表面粗糙度，更要求具有微米甚至亚微米的面形精度。目前，普通非球面镜一般采用金刚石切削、研磨和抛光等技术加工，可达到超精密加工的要求。单点金刚石切削可实现光学质量表面的单工序加工，不需要研磨等复杂的后续工序：随着快刀和自刀伺服的出现，为主轴的转动角度添加了反馈或控制，可实现离轴非球面的高效力口工，目前非球面光学元件的制造技术己从传统的手工修改球形表面发展到计算机控制确定性的加工过程。

尽管已经发展了诸多如此先进的技术，然而其高度依赖精密复杂结构的仪器设备。众所周知这些高精密光学加工仪器设备大多严重依赖进口，设备价格昂贵且设备使用后期维护成本高，只有国内少部分科研机构或者大型企业有实力使用这些设备来加工离轴非球面。实际上在我国光学加工领域，采用最多的技术路线依然是，依据非球面方程先制造出与非球面相比最为接近的球面，然后依靠精密研磨、精密抛光等工序，多周期修正最接近球面与非球面的偏差量，直至最终得到图纸设计要求的非球面。

离轴非球面作为非球面的一部分，自身不具备轴对称性；其靠近光轴一侧的近轴端和远离光轴一侧的远轴端矢高差异大，远轴端厚度明显大于近轴端时整个镜体材料分布明显不均，呈现出“斜陡坡”状。这种高陡度离轴非球面加工、检测和装调的难度都较大。通常需要对高陡度离轴非球面进行等厚处理，即：通过坐标系旋转使离轴非球面镜的近轴端和远轴端等高。等厚处理过后矢高变化率明显降低。

现有技术中，等厚处理旋转角度参见：潘君骅.《光学非球面的设计、加工与检验》[M].北京:科学出版社,1991:142-158页，对非球面母线上离轴量对应点求导，求出其切线与x轴的夹角，以此角度为坐标系变换的旋转角度。但是在实际加工中发现此方法计算的旋转角使得离轴非球面的近轴端和远轴端矢高差较大。也就是说现有技术中虽然做了等厚处理，对于大口径且陡度大的离轴非球面这种方法其未考虑到近轴端与远轴端矢高差异大的情况，近轴端与远轴端与加工出的最接近球偏离量不相等，并未完全等厚，矢高大的一侧增加了面形误差PV值，且增大了修磨矫正误差的工作量。

发明内容

本发明目的是解决现有加工等厚离轴非球面近轴端与远轴端矢高偏差大导致增加了面形误差PV值，且增大了修磨矫正误差的工作量的技术问题。其采用的技术方案如下：

一种等厚离轴非球面镜的加工方法，所述的等厚离轴非球面镜由离轴非球面、底面、侧壁组成，非球面母线方程记为Z(x)、等厚离轴非球面镜的口径记为D、离轴量记为dx，其中侧壁与底面垂直；加工方法包括一下步骤：

1)根据等厚离轴非球面镜的外形结构尺寸加工镜体，所述的镜体包络等厚离轴非球面镜；

2)根据等厚离轴非球面镜的口径D、离轴量dx，设计等厚旋转角度dc；

非球面母线方程上离轴量处的点坐标记为(x0,z0)，求解以点(x0,z0)为圆心且直径为D的圆与非球面母线方程的两个交点(x1,z1)，(x2,z2)；