[发明专利]非零位检测凹抛物面镜的部分补偿透镜体系与设计方法

摘要

本发明公开了一种非零位检测凹抛物面镜的部分补偿透镜体系与设计方法。本发明由多个部分补偿透镜组成，总补偿范围覆盖常用被测抛物面镜参数；设计方法包括对F数小于1.2的被测抛物面镜计算部分补偿透镜初始结构；设定约束条件，在检测路模型中优化部分补偿透镜结构参数；改变被测抛物面镜参数，调整被测抛物面镜与部分补偿透镜之间的距离确定被测抛物面镜参数边界，做出补偿范围D‑R图；对不可补偿区中F数小于1.2的被测抛物面镜设计新的部分补偿透镜，直至多个部分补偿透镜覆盖常用被测抛物面镜参数范围；筛选多个部分补偿透镜构建补偿能力数据库。本发明解决了部分补偿透镜补偿范围分析和体系设计问题，实现了抛物面镜的通用化检测。

主权项

非零位检测凹抛物面镜的部分补偿透镜体系的设计方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1、初始结构计算选择一个被测抛物面镜，其F数小于1.2；通过几何光学原理和初级像差理论分析的方法，计算对被测抛物面镜进行补偿的单片式部分补偿透镜的初始结构参数；所述的部分补偿透镜，其靠近被测面的表面为标准球面，远离被测面的表面设为平面，且由平行光入射；步骤2、部分补偿透镜的优化2‑1.在光学设计软件中对简化后的等效干涉检测光路建模，等效模型的光路结构为平面波透过部分补偿透镜后入射到被测抛物面镜上，光波由被测抛物面镜反射，返回的光波再次通过部分补偿透镜，在像面处与由光学设计软件提供的标准平面波发生干涉，形成干涉条纹；2‑2.部分补偿透镜的结构为通过计算得到的初始结构参数，被测抛物面镜的形状参数是步骤1中计算部分补偿透镜的初始结构参数时用到的参数；2‑3.对部分补偿透镜的初始结构参数、部分补偿透镜与被测抛物面镜之间的距离d进行优化，根据限定的约束条件建立目标函数，对初始结构参数和距离d进行优化求解；所述的初始结构参数包括部分补偿透镜前后表面的曲率半径、厚度、口径及材料；步骤3、对优化部分补偿透镜的补偿范围进行分析3‑1.在等效模型中使用优化后的结构参数，同时初始化被测抛物面镜的起始顶点曲率半径R及起始最小口径DMIN，将部分补偿透镜与被测抛物面镜之间的距离d初始化为零；将部分补偿透镜与被测抛物面镜之间的距离d设为变量；其中被测抛物面镜的起始顶点曲率半径R＝‑DMIN×F，DMIN为抛物面镜的起始最小口径，F为部分补偿透镜的F数；3‑2.根据步骤2‑3建立的目标函数进行优化求解，若优化时间超出设定的最长求解时间TMAX仍不能满足约束条件，则按照步长S增大被测抛物面镜的顶点曲率半径R的绝对值，再重新优化距离d；如此循环直至满足约束条件，然后将被测抛物面镜的口径D和顶点曲率半径R分别记录在数组a和数组b中；3‑3.按照步长S增大被测抛物面镜的口径D，其顶点曲率半径R保持上一次的记录值不变，根据步骤2‑3建立的目标函数进行优化求解，若优化时间超出设定的最长求解时间TMAX仍不能满足约束条件，则按照步长S增大被测抛物面镜的顶点曲率半径绝对值，再重新优化距离d；3‑4.重复循环步骤3‑2和3‑3，直至被测抛物面镜的口径D达到预先设定的最大值DMAX；所述的数组a和数组b中所记录的对应的被测抛物面镜的口径D和顶点曲率半径R，组成了部分补偿透镜可补偿的被测抛物面镜参数边界值，画出该部分补偿透镜的补偿范围D‑R图，并标记可补偿区与不可补偿区；步骤4、从补偿范围D‑R图中不可补偿区域中选择F数小于1.2的被测抛物面镜；重复步骤1至步骤3，设计新的部分补偿透镜，直至设计出的多个部分补偿透镜的补偿能力覆盖常用被测抛物面镜的参数范围；步骤5、筛选部分补偿透镜5‑1.选择M个补偿范围互补的部分补偿透镜组成部分补偿透镜体系，统计部分补偿透镜体系中被测抛物面镜的口径D和顶点曲率半径R，并将统计数据构建该体系的补偿能力数据库；5‑2.对部分补偿透镜体系中的部分补偿透镜的补偿范围边界，进行全边界多项式拟合得到补偿边界曲线，从而实现快速判断给定被测抛物面镜能否被该体系补偿；5‑3.对部分补偿透镜体系中的部分补偿透镜的补偿范围边界，进行分段拟合得到该体系的补偿范围边界，实现更精确的补偿判断；5‑4.选择距被测抛物面镜参数最远的边界相对应的部分补偿透镜作为最佳补偿透镜。