[发明专利]平行光管悬挂扫描检测大口径光学系统的装置及方法

说明书

本发明公开了一种平行光管悬挂扫描检测大口径光学系统的装置及方法。该装置包括二维平移机构、悬式平行光管、待检光学系统、夏克‑哈特曼检测仪，所述悬式平行光管悬挂于可X、Y方向运动的二维平移机构上，所述悬式平行光管设置于待检光学系统的上方，并按照预定轨迹扫描待检光学系统的全口径，所述夏克‑哈特曼检测仪用于获取光斑质心位置。本发明采用悬式平行光管扫描来产生大范围精确向下的平行光束，解决了扫描检测精度受指向误差制约的问题，精度很高，满足对大型光学系统的检测要求；本发明利用悬挂的物体在重力场中稳定后，总是竖直向下的特点，采用普通的二维导轨平移机构，就能达到极高的精度，降低了制造成本。

技术领域

本发明属于光学检测技术领域，具体涉及一种使用平行光管，采用悬挂扫描方式检测大口径光学系统的方法。

背景技术

传统的大口径光学系统检测技术通常需要利用高精度的大口径标准元件，如采用平行光管检测、干涉仪自准检测等。但随着待检设备口径不断增大、精度要求不断提高，标准元件加工越发困难。鉴于使用大口径标准元件开展光学系统检测存在的种种限制，科研工作者开始研究使用小光学元件作为扫描单元，扫描检测大口径光学系统的技术，如子孔径拼接检测技术、五棱镜扫描检测技术、扫描哈特曼检测法等。

子孔径拼接技术检测望远镜时，机械臂带动小口径的参考镜进行扫描运动，遍历整个待检系统的全部通光口径，通过拼接算法将每一个子孔径得到的波像差信息重建后即可得到系统的波面。然而这一技术也存在一定局限性：随着平面镜口径的增大，采用子孔径拼接时的拼接次数随之增大，由于拼接算法本身可能会产生一定的低阶倾斜等难以消除的误差，导致最终拼接结果精度降低，这一误差同时导致子孔径检测技术对低阶像差不够敏感，而低阶离焦和像散等正是我们关心的信息。

五棱镜扫描检测法利用五棱镜将光线转折90°的特性，沿扫描路径测试大口径光学系统某一方向上出射波面质心光斑的微小变化量，从而实现大口径波前质量的检测。五棱镜检测法方法所需设备简单，只需质量较好的五棱镜和平直性高的导轨，同时检测精度较高，从而得到广泛应用。但该方法仅能获得扫描路径上一维波前信息，若想得到二维波面信息，就需要通过旋转五棱镜组或光学系统实现不同方向的扫描，这将引入难以消除的额外误差。

扫描哈特曼检测法是一种基于哈特曼原理的小口径单元扫描的检测方式。在二维导轨带动下，小口径平行光管按照特定轨迹扫描遍历待检波前的全口径，将采样结果转化为波前斜率数据，从而得到实际待检波前信息。因其在二维导轨移动，机械误差引起了平行光管指向发生改变，带来了较大的检测误差。导轨自身以低阶形式存在的直线度误差对检测精度有较大影响，在实际工程应用中应对其进行标定与多项式拟合。

发明内容

本发明提出一种平行光管悬挂扫描检测大口径光学系统的装置及方法，解决目前大口径光学系统检测中，大口径标准件加工困难，扫描检测精度受指向误差制约的问题，以建立一种具有高精度、易实现的光学系统检测技术。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种平行光管悬挂扫描检测大口径光学系统的装置，包括二维平移机构、悬式平行光管、待检光学系统、夏克-哈特曼检测仪，所述悬式平行光管悬挂于可X、Y方向运动的二维平移机构上，所述悬式平行光管设置于待检光学系统的上方，并按照预定轨迹扫描待检光学系统的全口径，所述夏克-哈特曼检测仪用于获取光斑质心位置。

更进一步地，所述悬式平行光管包括小口径平行光管、阻尼叶筒和油筒，所述阻尼叶筒套设在小口径平行光管外，所述油筒中设置有油液，所述阻尼叶筒的叶片浸于油液中。

更进一步地，所述油筒包括外部筒状侧壁和由筒状侧壁向内弯折后形成内部侧壁，外部筒状侧壁和内部侧壁之间的空间用于容纳油液，所述阻尼叶筒的侧壁位于外部筒状侧壁和内部侧壁之间。

更进一步地，所述油液为硅油。

更进一步地，还包括滑板、金属丝，所述外部筒状侧壁的上端与滑板相连，所述小口径平行光管通过金属丝与滑板相连。