[发明专利]一种拼接镜中边缘子镜的波前检测装置和方法

说明书

本发明公开了一种拼接镜中边缘子镜的波前检测装置和方法，组合使用干涉仪和激光跟踪仪，采用计算全息片补偿像差检测拼接镜中边缘子镜的波前，波前检测装置包括高精度平面反射镜、升降架、被测边缘子镜、倾斜调整装置、计算全息片、小五维调整台、标准镜头、干涉仪、隔振平台、五维调整台、激光跟踪仪、靶球。利用激光跟踪仪建立干涉仪、被测边缘子镜和平面镜的空间坐标系，放入计算全息片对准干涉仪，将干涉仪与计算全息片作为一个整体，精调整体的俯仰和倾斜，形成自准直光路，调整直至干涉仪波前检测结果中像差项为最小，即为被测边缘子镜的波前检测结果。

技术领域

本发明属于波前检测领域，具体涉及一种拼接镜中边缘子镜的波前检测装置和方法。

背景技术

传统光学天文望远镜一般采用反射式光学成像系统，随着口径增大，都会面临着面型公差紧、重量大、成本高的难题，严重限制了其在天文科学中的应用。相对于普通反射镜，以位相型菲涅尔透镜为代表的衍射光学元件具备了较为宽松的面型公差以及较低的重量可以用于未来超大口径的光学望远镜。受限于当前微光学元件加工技术水平，现在用于成像的菲涅尔透镜口径难以达到米级水平，要实现大口径只能通过拼接技术。拼接镜是由多块面积较小的子镜拼接而成，子镜间完全共相从而实现较大口径的分辨能力。

拼接镜采用9块子镜拼接的方式。如图2所示，分为1块中间子镜和8块边缘子镜，每块子镜均可进行高精度六自由度调整，共相检测系统测量出每块子镜的调整量，完成拼接主镜各子镜的拼接共相调整。

传统光学波前检验方法中，通常采用干涉仪和高精度标准平面反射镜组成自准直光路，检测被测元件的波像差，即干涉自准直法。但是，边缘的8块子镜在拼接镜空间位置上是离轴状态，不能像中间子镜一样进行共轴检测。并且边缘子镜自带像差，所以需要组合使用干涉仪和激光跟踪仪确定干涉仪、边缘子镜和平面镜的空间位置关系，并采用计算全息片补偿像差检测拼接镜中边缘子镜的波前。

发明内容

本发明提供一种拼接镜中边缘子镜的波前检测装置和方法，在9块子镜进行共相拼接前，先要保证每一块子镜的波前达到要求，本发明要解决其中8块边缘子镜的波前检测问题。

本发明采用的技术方案为：一种拼接镜中边缘子镜的波前检测装置，该装置包括干涉仪、标准镜头、激光跟踪仪，高精度平面反射镜、被测边缘子镜、计算全息片、隔振台，五维调整台，支撑台，平移台，升降架，倾斜调整装置。利用激光跟踪仪建立干涉仪、被测边缘子镜和平面镜的空间坐标系，放入计算全息片对准干涉仪，将干涉仪与计算全息片作为一个整体，精调整体的俯仰和倾斜，形成自准直光路，调整直至干涉仪波前检测结果中像差项为最小，即为被测边缘子镜的波前检测结果。

其中，干涉仪中发出的光线穿过标准镜头、计算全息片、被测边缘子镜，并在高精度平面反射镜的表面反射，然后再回到干涉仪与参考光干涉；干涉仪的标准镜头的焦点与计算全息片的焦点重合。

其中，建立以被测边缘子镜有效孔径中心为空间坐标原点的空间坐标系后，激光跟踪仪的靶球放到某一个位置即可获得该位置的空间坐标，利用靶球的空间坐标可调整被测边缘子镜和高精度平面反射镜平行，也可以将干涉仪出射焦点放置至空间坐标系理论位置。

另外提供一种拼接镜中边缘子镜的波前检测方法，该方法的步骤如下：

步骤一：将被测边缘子镜按照拼接镜中的空间位置，装入机械调整框中，利用激光跟踪仪，标定被测边缘子镜有效孔径中心与机械框的相对位置及夹角；

步骤二：在被测边缘子镜后面放置与边缘子镜口径相当的标准平面镜与其大致平行，利用激光跟踪仪的靶球，标定高精度平面反射镜的位置，调节被测边缘子镜的倾斜调整装置，将被测边缘子镜和高精度平面反射镜调整平行；

步骤三：以被测边缘子镜的有效孔径中心、高精度平面反射镜法向及被测边缘子镜离轴方向建立空间坐标系，利用步骤一中被测边缘子镜有效孔径中心与机械框的相对位置传递，设置被测边缘子镜有效孔径中心为空间坐标原点；