[发明专利]离轴高次类椭球面反射镜的组合补偿面形检测系统及方法

说明书

本发明公开了一种离轴高次类椭球面反射镜的组合补偿面形检测系统及方法。该检测系统包括计算机、偏振移相干涉仪、计算全息、待测镜、反射球；待测镜为具有高次项的离轴类椭球面反射镜，偏振移相干涉仪与计算机连接，测试球面波的焦点位于待测镜的远焦点位置，测试球面波经计算全息衍射、待测镜反射、待测镜近焦点位置处的反射球反射后，再次经待测镜反射、计算全息衍射，汇聚到偏振移相干涉仪的焦点位置，测试球面波进入偏振移相干涉仪与参考波面干涉产生干涉条纹，计算机对主全息条纹进行处理，得到待测离轴高次类椭球面反射镜的面形信息。本发明具有非接触、精度高的特点，可以有效保证待测离轴高次类椭球面的面形精度符合加工要求。

技术领域

本发明专利属于先进光学制造与检测领域，具体涉及一种离轴高次类椭球面反射镜的高精度面形检测系统及检测方法。

背景

随着光学加工、装调精度的不断提升，大口径天文望远镜、高分辨率成像卫星等光学系统越来越倾向于采用一些无中心遮拦的离轴反射系统。该类光学系统无中心遮拦、视场更大、成像优良、且杂散光容易抑制，其中，常会采用一些离轴高次类椭球面反射镜来优化光学系统成像质量。

离轴高次类椭球面反射镜的高精度面形检验，惯用的方法是，采用单块计算全息检测光路，将待测离轴镜面进行旋转平移，作为轴上自由曲面进行面形检验。然而，当检测光路存在一定距离误差时，常会造成离轴高次类椭球面的母镜曲率半径与镜面离轴量出现一定参数偏差，采用不同方法对待测离轴高次类椭球面进行相互检验，成为了镜面加工领域迫待解决的技术难题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种可以准确控制待测离轴高次类椭球面母镜曲率半径和离轴量的面形检测方案，并提出相应的光路对准方案，以保证检测光路装调切实可行。

为了实现上述目的，本发明采用无像差点法和计算全息法组合补偿的检测方式，来实现离轴高次近椭球反射镜面形的高精度检验。本发明提供一种离轴高次类椭球面反射镜的组合补偿面形检测系统，该系统包括计算机、偏振移相干涉仪、计算全息、待测镜、反射球；所述待测镜为离轴高次类椭球面反射镜，所述偏振移相干涉仪与计算机连接，用于产生检测光路测试球面波，所述测试球面波的焦点位于待测镜的远焦点位置，所述测试球面波经计算全息衍射、待测镜反射、待测镜近焦点位置处的反射球反射后，再次经待测镜反射、计算全息衍射，汇聚到偏振移相干涉仪的焦点位置，测试球面波进入偏振移相干涉仪与参考波面干涉产生干涉条纹，计算机对主全息条纹进行处理，得到待测离轴高次类椭球面反射镜的面形信息。

其中，在偏振移相干涉仪焦点位置还设置有用于滤除检测光路杂散衍射光线的空间滤波器。

其中，所述待测镜是包含高次项的离轴类椭球面，二次项系数-1＜K＜0。

其中，所述计算全息包含多种衍射区域，包括用于检测待测镜面形的主全息区域、用于调整计算全息空间姿态的全息片对准区域、用于指导调整待测镜空间位置的十字线衍射区域、用于指导粗调待测镜距离的衍射区域、用于指导调整反射球位置的反射球对准区域。

其中，通过计算全息不同功能的衍射区域，控制偏振移相干涉仪出射球面波焦点位置、高精度反射球的球心位置，即离轴高次类椭球面远焦点、近焦点位置。

其中，所述高精度反射球的均方根面形精度在0.01λ(λ＝632.8nm)以内。

其中，所述偏振移相干涉仪出射的测试球面波焦点，位于待测镜的远焦点位置，所述反射球位于待测镜的近焦点位置，由计算全息补偿高次镜面矢高偏离引入的波前变形。

本发明还提供一种基于上述检测系统的检测方法，包括如下步骤：

步骤1：调整偏振移相干涉仪，使偏振移相干涉仪的出射光有效区域覆盖整个计算全息口径；以偏振移相干涉仪计算机端全息对准区域干涉条纹为指导，调整计算全息的空间位置，至干涉条纹倾斜、离焦最小；此时，偏振移相干涉仪、计算全息的空间位置确定；