[发明专利]一种凸自由曲面反射镜面形测试方法

说明书

本发明属于先进光学系统技术领域，公开了一种凸自由曲面反射镜面形测试方法，能够构建由干涉仪、空间光调制器、球面反射镜、凸自由曲面反射镜组成的精确测试光路；其中，空间光调制器被划分为四种调制区域，分别用于对凸自由曲面反射镜进行测量、与干涉仪对准、与球面反射镜对准、以及投射十字线。本发明通过对测试光路的整体设计及光学元器件对准方式等进行改进，构建的精确测试光路能够基于混合补偿干涉测量凸自由曲面反射镜，与现有技术相比提供了一种新的测试思路，尤其能够有效解决大口径凸面干涉测量困难的问题，该方法通过利用球面反射镜提供会聚光路，同时结合空间光调制器对凸自由曲面反射镜完成零位补偿。

技术领域

本发明属于先进光学系统技术领域，更具体地，涉及一种凸自由曲面反射镜面形测试方法，该方法是一种凸自由曲面反射镜镜面面形干涉检测方法，利用空间光调制器与球面反射镜相结合的方法，对凸自由曲面完成零位补偿测量，获得自由曲面全口径面形测试结果，该面形测试方法是基于空间光调制器与球面反射镜的混合补偿方式完成的，尤其适用于对大口径凸自由曲面反射镜的全口径面形测试。

背景技术

随着国家技术的进步，空间探测、地面遥感、航空、航天、照明、显示等领域对光学系统的轻量化、小型化、系统像质优化等方面提出了更高的要求。将自由曲面应用于光学系统，可以提升系统优化自由度，减少光学系统设计残差和光学元件数量，在改善系统像质的同时简化光学系统结构。上述优点使得光学系统设计者可根据光学系统设计参数的特殊需要，突破传统光学系统的概念，将自由曲面运用于全新的系统设计方案中。因而，自由曲面光学系统具有减少光学元件数量，提高成像质量，适应轻量化要求等优势。目前自由曲面已在空间相机、照明光学、头盔显示等光学系统中得到了成功应用。基于自由曲面的光学系统应用研究已经成为现代高性能光学系统发展的重要方向，对高精度自由曲面光学元件的制造需求随之而来，而自由曲面的高精度测量则是高精度自由曲面光学元件制造的基础。干涉测量作为一种通用的光学元件最终精度检测方法，其理想状态是实现对待测元件的零位检测。

凸自由曲面，尤其是直径大于等于100mm的大口径凸自由曲面，由于其几何形式的特殊性，需要大口径汇聚光束入射到自由曲面反射镜表面以完成其干涉测量，鉴于现有检测设备及器件方法等因素的限制，难以产生大口径汇聚光束，上述检测中的实际困难为相关光学系统的设计带来了局限性，严重制约了大曲率半径先进光学系统的开发制造。实现大口径凸自由曲面反射镜的面形测量是先进光学系统开发中的核心步骤之一，对于先进光学系统的制造具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种凸自由曲面反射镜面形测试方法，其中通过对测试光路的整体设计及光学元器件对准方式等进行改进，构建的精确测试光路能够基于混合补偿干涉测量凸自由曲面反射镜，与现有技术相比提供了一种新的测试思路，尤其能够有效解决大口径凸面干涉测量困难的问题，该方法通过利用球面反射镜提供会聚光路，同时结合空间光调制器对凸自由曲面反射镜完成零位补偿；并且，为实现检测光路中干涉仪、空间光调制器、球面光学反射镜及待测凸自由曲面反射镜的精确对准，通过在空间光调制器上设计相应的功能区域，共同保证了检测光路中各光学元件的精确对准及凸自由曲面反射镜面形结果的测量获得，测量得到的面形检测结果是基于对凸自由曲面反射镜的零位补偿测量，没有代入非共路误差，检测结果将直接与镜面面形结果一致。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种凸自由曲面反射镜面形测试方法，其特征在于，该方法能够构建由干涉仪、空间光调制器、球面反射镜、及凸自由曲面反射镜四个光学元器件组成的精确测试光路；其中，所述空间光调制器是作为补偿元件，被划分为四种调制区域分别作为四种衍射光学区域，这四种衍射光学区域分别为用于将空间光调制器与凸自由曲面反射镜对准并进行测量的主检测区域，用于将空间光调制器与干涉仪对准的第一区域，用于将空间光调制器与球面反射镜对准的第二区域，以及至少四个作为十字线投射区域的第三区域，并且这些第三区域沿该空间光调制器的边缘分布；

该方法具体包括以下步骤：