[发明专利]一种大口径凸自由曲面反射镜镜面面形检测系统和方法

说明书

本发明公开了一种大口径凸自由曲面反射镜镜面面形检测系统和方法，属于先进光学系统技术领域。本发明通过将曲面计算全息图与球面反射镜相结合，对自由曲面反射镜完成零位补偿。为实现检测光路中干涉仪、曲面计算全息图、球面反射镜及待测凸自由曲面反射镜的精确对准，在曲面计算全息图上设计相应的功能区域，其中曲面计算全息图共包含凸面部分的干涉仪对准区域以及凹面部分主检测区域、投射十字线区域及球面反射镜对准区域等多个衍射区域，上述区域相结合共同保证了检测光路中各光学元件的精确对准及自由曲面面形结果的测量获得。本发明具有检测精度高、检测场地环境及尺寸要求简单等优点，为现代先进光学系统的制造开发提供保证。

技术领域

本发明属于先进光学系统技术领域，更具体地，涉及一种大口径凸自由曲面反射镜镜面面形检测系统和方法。

背景技术

自由曲面具有改善光学系统像质、提高光学系统设计自由度、简化光学系统结构等优点，是现代光学系统的核心元件，其已经在空间相机光学系统、光刻系统、显示及成像系统中得到了广泛的应用。鉴于自由曲面光学元件自身的优势及广泛的应用，不符合精度要求的反射镜面形会严重影响光学系统的性能，例如对于成像系统将不会获得好的像质、对于光刻系统将难以得到超高分辨率等，其元件表面面形的高精度测量显得尤为重要。通常作为光学镜面最终面形测试手段，干涉测量是光学元件高精度制造的基础。

大口径凸自由曲面光学反射镜在光学系统中有着广泛的应用，尤其对于空间相机光学系统及大口径望远镜光学系统，通常将其作为次镜应用于光学系统中。对于空间相机，目前其次镜口径正在逼近1m量级，对于正在建造的三十米望远镜(Thirty MeterTelescope，TMT)及欧洲极大望远镜(European Extremely Large Telescope，E-ELT)项目，其次镜口径甚至已经超过1.5m。对于此类大口径光学凸面反射镜，通常采用拼接测量方式，但是该方式检测时间长、检测次数多，同时拼接算法的精度会限制最终镜面面形重构精度。上述困难为相关光学系统的设计及制造带来了局限性，严重制约了相关先进光学系统的开发制造。因而，实现大口径凸自由曲面反射镜镜面面形测量是现代先进光学系统开发中的核心步骤之一，对于其制造具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种大口径凸自由曲面反射镜镜面面形检测系统和方法，旨在解决大口径凸自由曲面反射镜镜面面形检测精度不高的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种大口径凸自由曲面反射镜镜面面形检测系统，包括待测凸自由曲面反射镜、曲面计算全息图、球面反射镜和干涉仪；

所述曲面计算全息图的凸面部分包括干涉仪对准区域(A1)和凸面遮拦反射区域(A2)，所述曲面计算全息图的凹面部分包括球面反射镜对准区域(B1)、十字线投射区域(B2)及主检测区域(B3)；

所述干涉仪对准区域(A1)用于所述曲面计算全息图与干涉仪的精确对准；

所述球面反射镜对准区域(B1)用于所述曲面计算全息图与球面反射镜的精确对准。

进一步地，所述曲面计算全息图的前后表面均为球面。

进一步地，所述干涉仪对准区域(A1)位于所述曲面计算全息图凸面部分的中心。

进一步地，所述球面反射镜对准区域(B1)位于所述主检测区域(B3)的外围。

本发明还提供了一种基于上述大口径凸自由曲面反射镜镜面面形检测系统的检测方法，包括以下步骤：

S1、利用所述干涉仪对准区域(A1)完成所述曲面计算全息图与干涉仪的对准；

S2、放置球面反射镜，调节球面反射镜的位置，使所述干涉仪、球面反射镜及曲面计算全息图精确对准；