[发明专利]一种超大口径凸双曲面镜分环带检测系统及其检测方法

说明书

技术领域

本发明属于先进光学制造与检测领域，涉及光学检测系统，特别涉及一种超大口径凸双曲面镜分环带检测系统及其检测方法。

背景技术

以凸双曲面镜为次镜的两镜光学系统在天文、空间光学等领域得到了愈来愈广泛的应用，并且随着天文及空间光学的发展其所需的凸双曲面镜的口径越来越大。大口径凸双曲面镜的制造需要相应的检测技术，然而，对大口径及超大口径凸双曲面镜进行高精度定量检测仍然存在着巨大的挑战。

在凸双曲面镜的抛光加工阶段，通常的检测方法有无像差法和补偿器零检验法。无像差法利用二次曲线的两个共轭点形成的无像差点进行检测，凸双曲面的共轭点为一个实几何焦点和一个虚几何焦点，对其进行无像差点检测需要一块高精度Hindle球面反射镜，这块Hindle球面反射镜的口径为被测凸双曲面镜口径的数倍，在实几何焦点处的点光源发出的光波经过凸双曲面镜反射后形成发散球面波这些发散球面波经过Hindle球面反射镜后原路返回，该Hindle检测方法适合小口径的凸双曲面镜；大口径凸双曲镜所需的高精度Hindle球面反射镜制造困难，价格昂贵。Simpson-Hindle检测方法将Hindle镜靠近被测凸双曲面镜，这样使得Hindle镜变成一个口径略大于凸双曲面镜口径的Hindle球壳，这对Hindle球壳材料的均匀性提出了较高的要求，且大口径Hindle球壳在实际制造中存在较大困难，口径大于lm时更是难于实现。

目前国内外主要采用的补偿器检测方法包括：背部球面工艺法、反射补偿器法、非球面样板法和计算全息法。随着被测凸双曲面镜口径增大，背部球面工艺法对材料均匀性的苛刻要求难以实现，反射补偿器法需要制造大口径的高精度非球面反射镜，非球面样板法需要制造与被测凸双曲面镜口径相当的高精度非球面透镜，计算全息板法需要大型的激光直写设备刻划全息板；并且补偿器检测法中对补偿器装调精度也提出了跟高的要求，使得这些检测技术在检测超大口径凸双曲面镜时存在一定困难，其应用受到了一定的限制。

为解决Hindle球面反射镜口径过大的问题，Noble等(Noble R，Malacara D，CorneioA.Multistep Hindle test，Appl.Opt，13：2476-2477，1974)提出采用串接两个Hindle球面反射镜的方法，即沿着光轴方向放置两个中心通光口径不同的Hindle球面反射镜。虽然采用串接的方法可以减小Hindle球面反射镜的尺寸，但是对于大口径及超大口径凸双曲面镜边缘的检测同样需要大口径的Hindle球面反射镜或者是多个Hindle球面反射镜串接，这造成加工和装调的困难。

基于单块Hindle球面反射镜的子孔径检测方法降低了全口径Hindle检测成本，但需要多次测量并进行数据拼接处理。Koby Z.Smith，John P.Schwenker，Robert J.Brown等(CurrentConcepts for Cryogenic Optical Testing of the JWST Secondary Mirror，Proc.SPIE5494：141-151，2004)提出一种改进的基于带孔Hindle球面反射镜的子孔径检测方法，该方法的特点在于所有的子孔径数据在其孔附近有一共同的环形检测区域，在数据拼接处理时可以一定程度的提高拼接精度，但该Hindle球面反射镜口径偏大。

Robert J.Z等在美国授权专利号“US 541047”‘Large aperture mirror testing apparatus andmethod’的实施方案中提出了一种Hindle球壳和Hindle球面反射镜组合检测方法，Hindle球面反射镜阵列用来检测凸双曲面镜外环带区域，而相对口径较小的Hindle球壳同时检测被测凸双曲面镜中心区域。该方法优点在于能够检测整个被测凸双曲面镜，不存在中心遮拦；但是该检测系统结构复杂，同时Hindle球壳对材料均匀性要求高。