一种混合补偿式大口径高陡度凹非球面反射镜的检测方法与流程

1.本发明涉及光学检测技术领域，具体地涉及一种混合补偿式大口径高陡度凹非球面反射镜的检测方法。


背景技术：

2.光学系统口径越大，系统分辨率越高，能量收集能力就越强。非球面光学元件能够提供更多的像差调节自由度，在光学系统中使用非球面能够减少光学元件的使用，降低系统质量和系统复杂程度，提高成像质量，因此大口径非球面光学元件被广泛应用于天文、空间、军事等领域。随着对光学系统要求越来越高，系统复杂程度进一步增加，要求系统元件具有更强的像差调节能力，因此非球面陡度也越来越大，同时为保证成像质量，其面形精度要求也越来越高，因此对大口径高陡度凹非球面的检测技术要求也越来越高。
3.现有的大口径高陡度凹非球面的检测方法主要有轮廓检测法、纳米轮廓仪(lupuhoscan)，null lens补偿法和cgh补偿法。其中轮廓测量法检测精度较低，只适用于研磨阶段的检测，lupuhoscan检测方法是一种高精度的检测非球面的检测方法，其操作简单，适用性强，检测精度能够达到50nm，但是这种方法检测口径有限，且难以实现高陡度非球面的检测；null-lens 补偿法检测精度高，但是该补偿器制造困难，造价昂贵，且生产周期长，增加了元件的生产周期；cgh补偿法检测精度高，设计和制作都具有成熟的流程，但是cgh补偿器在检测大口径或高陡度非球面时其刻线密度较密，超过了现有cgh制造工艺的加工水平，从而降低了cgh补偿器的检测精度，使其难以检测大口径高陡度凹非球面。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，提出设计一种混合补偿式大口径高陡度凹非球面反射镜的检测方法，在凹球面透镜表面刻划cgh，将其作为一个整体对大口径高陡度凹非球面反射镜进行补偿检测，解决了现有大口径高陡度凹非球面检测手段不足的问题。
5.本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：
6.一种混合补偿式大口径高陡度凹非球面反射镜的检测方法，包括：
7.(1)首先根据被检镜参数设计满足检测要求的cgh混合补偿器；
8.(2)将cgh混合补偿器未刻蚀面优化球面，并重新设计cgh，降低 cgh条纹刻线密度；
9.(3)通过cgh对准区域调节混合补偿器和激光干涉仪之间的位置；
10.(4)通过cgh基准区域调节混合补偿器与被检镜之间的位置；
11.(5)最后根据干涉条纹调整被检镜，使激光干涉仪所得干涉条纹为零条纹。
12.进一步的，步骤(2)中，对所述混合补偿器的检测区域的cgh条纹密度进行检测要求，若条纹密度小于1μm，需要将所述cgh前表面更改为球面。
13.进一步的，步骤(2)中，重新设计cgh，计算cgh条纹线宽，直至 cgh条纹线宽大于2μ
m。
14.进一步的，步骤(3)中，使用激光干涉仪对加工完成后的平凹透镜面形进行检测，其球面采用激光干涉仪和球面标准镜进行检测，平面采用激光干涉仪和平面标准镜进行检测。
15.进一步的，步骤(5)中，根据cgh对准区域和基准区域调整cgh和激光干涉仪，被检镜和cgh之间的位姿，得到干涉条纹。
16.本发明还提供另一种技术方案：
17.一种大口径高陡度凹非球面反射镜检测装置，包括激光干涉仪、标准镜、混合补偿器、被检镜；所述标准镜放置在激光干涉仪和混合补偿器之间，所述被检镜放置在所述混合补偿器的另一侧，所述混合补偿器根据被检镜的几何参数进行设计得到，包括平凹透镜和刻画在平凹透镜上的cgh，所述激光干涉仪发出激光照射到所述球面标准镜上后转换为球面波；所述球面波经所述混合补偿器之后被调制成符合所述被检镜面形的波前，并形成干涉条纹；调整所述干涉仪和/或所述混合补偿器或/和所述被检镜的位置直至所述干涉条纹为零条纹，以得到被检镜的面形信息。
18.进一步的，所述激光干涉仪通过干涉仪调整装置进行位置调节，混合补偿器通过混合补偿器调整装置进行位置调节；被检镜通过被检镜调节装置进行位置调节。
19.进一步的，所述球面标准镜满足：f≥r，r0》r；其中，f为所述球面标准镜的f/#，r为所述被检镜的r/#，r0为所述球面标准镜的光学面曲率半径， r为所述被检镜的曲率半径。
20.所述混合补偿器根据所述被检镜的几何参数进行设计得到，包括：
21.根据所述被检镜参数，获得平凹透镜参数和cgh设计参数，并将cgh 刻画在平凹透镜上，同时cgh刻线密度要大于等于2μm，得到混合补偿器。
22.本发明的技术效果：
23.与现有技术相比，本发明的一种混合补偿式大口径高陡度凹非球面反射镜的检测方法，相比于传统cgh补偿器，具有独特的优势：
24.1、平凹透镜和cgh各补偿以部门像差，从而降低cgh刻线密度，降低 cgh的制作难度；
25.2、相比于传统的补偿器检测方法，本发明提出的混合补偿器，可通过刻画在平凹透镜上的cgh实现补偿器的对准，从而不需要增加新的标定元件；
26.3、混合补偿器是将cgh刻画在平凹透镜的平面部分，未改变cgh刻画面，使用常规方式即可制作；4、cgh对准区域与平凸透镜平面部分相对应，降低了cgh对准区域的制作难度。
附图说明
27.图1是本发明检测大口径高陡度凹非球面反射镜的方法流程图。
28.图2是本发明混合补偿器结构示意图；
29.图3是本发明图2的右视图；
30.图4是本发明检测大口径高陡度凹非球面的反射镜的装置结构示意图；
31.图中，1、平凹透镜球面区域；2、平凹透镜平面区域；3、cgh刻画区域；4、检测区域；5对准区域；6基准区域；7、激光干涉仪；8、球面标准镜；9、混合补偿器、10、被检镜；11、干涉仪
调整装置；12、混合补偿器调整装置；13、被检镜调整装置。
具体实施方式
32.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
33.实施例1：
34.如图1-4所示，本实施例涉及的一种混合补偿式大口径高陡度凹非球面反射镜的检测方法，针对大口径高陡度凹非球面反射镜(d》500mm，球面 r#≤2(r#＝r/d，r为非球面顶点曲率半径，d为非球面直径)进行补偿检测，包括：
35.1)标准镜8的选取
36.输入被检镜10参数，根据被检镜10参数选择合适的标准镜8，尽量满足f#≤r#(f#＝f/d，f为标准镜8焦距，d为标准镜8口径；r#＝r/d，r为被检镜10顶点曲率半径，d为被检镜10口径)。
37.2)cgh的设计
38.根据被检镜10参数和选择的标准镜8设计cgh，使设计残差满足检测要求，此时对检测区域4的cgh条纹密度进行检测要求，若条纹密度小于1 μm，需要将所述cgh前表面更改为球面。
39.3)平凹透镜的设计
40.根据cgh条纹线宽，设计平凸透镜，更改平凹透镜球面曲率半径，重新设计cgh，计算cgh条纹线宽，直至cgh条纹线宽大于2μm，完成混合补偿器9设计。
41.4)混合补偿器9误差的标定
42.混合补偿器9的误差主要包括两部分的误差：1、平凹透镜引入的误差， 2、cgh设计和制作引入的误差。首先使用激光干涉仪7对加工完成后的平凹透镜面形进行检测，其球面采用激光干涉仪7和球面标准镜8进行检测(面形精度rms》1/50λ，λ＝632.8nm)，平面采用激光干涉仪7和平面标准镜进行检测(面形精度rms》1/100λ，λ＝632.8nm)，从而保证平凹透镜的面形符合精度要求；同时还要保证平凹透镜的几何量满足要求(曲率半径公差：
±
0.01mm；球面偏心：
±
0.01mm；球面倾斜：
±
0.01
°
)，完成混合补偿器 9与激光干涉仪7之间的对准。
43.5)利用混合补偿器9检测被检镜10
44.根据设计光路搭建实际的检测光路，完成混合补偿器9与被检镜10之间的对准，根据cgh对准区域5和基准区域6调整cgh和激光干涉仪7，被检镜10和cgh之间的位姿，得到干涉条纹。调节被检镜10位姿至干涉条纹为零条纹，然后进行检测，获得被检镜10的检测数据。
45.6)误差与精度分析：本发明的检测大口径高陡度凹非球面的检测方法其面形精度受多种因素的影响：如cgh的设计误差和加工误差，平凹透镜的面形误差和几何误差等。同时在检测过程中还受到被检镜调整误差，干涉仪系统误差，环境振动等。本发明对检测结果进行精度分析，以获得准确的被检镜的面形结果，并根据检测结果对设计的混合补偿器进行优化，以最终获得检测面形精度优于λ/50(rms值，λ＝632.8nm)，从而满足高精度检测大口径高陡度凹非球面的检测要求。
46.实施例2：
47.如图2-4所示，本实施例针对实施例1中的检测方法设计一种大口径高陡度凹非球面反射镜检测装置，包括依次设置的激光干涉仪7、标准镜8、混合补偿器9、被检镜10；所述激光干涉仪7通过干涉仪调整装置11进行位置调节，混合补偿器9通过混合补偿器调整装置12进行位置调节；被检镜10 通过被检镜调节装置13进行位置调节；激光干涉仪射出的平行光束经过标准镜8后转换为球面波，球面照射到混合补偿器9，被混合补偿器9转换为与被检镜10面形匹配的检测波前，该检测波前垂直照射在被检镜10上，并被被检镜10反射，沿原路返回激光干涉仪7，与激光干涉仪7参考光形成干涉条纹；同时，通过调节被检镜调节装置13，使激光干涉仪7获得干涉条纹为零条纹，从而得到该被检镜10的面形信息。所述混合补偿器9平凹球面表面刻划有cgh刻划区域3。所述混合补偿器9还包括平凹透镜球面区域1、平凹透镜平面区域2、检测区域4、对准区域5、基准区域6。
48.上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式，任何符合本发明权利要求书且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。