[发明专利]一种大曲率半径自由曲面镜面面形干涉测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种大曲率半径自由曲面镜面面形干涉测量装置及方法。其中测量装置包括干涉仪、CGH、光学透镜，通过在CGH设置主检测区域、与光学透镜对准区域、与干涉仪对准区域、镜面基准区域及透镜基准区域五种衍射区域对装置中的光学器件之间的位置进行调整，从而保证了检测光路中各光学元件的精确对准；本发明通过利用光学透镜对检测光路长度进行缩短，同时结合计算全息元件对待测自由曲面反射镜进行零位补偿，解决了现有技术由于在检测大曲率半径光学元件时检测光路的光程较长而导致的对测量环境要求较高测量困难的问题，为现代先进光学系统的制造开发提供保证，具有检测精度高，检测场地环境及尺寸要求简单等优点。

技术领域

本发明属于光学检测领域，更具体地，涉及一种大曲率半径自由曲面镜面面形干涉测量装置及方法。

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，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。

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。大曲率半径光学元件在光学系统中也有着广泛的应用，例如欧洲极大望远镜(European Extremely Large Telescope，E-ELT)的主镜顶点曲率半径达到84m量级，若采用传统的补偿检测方法，检测光路长度将不低于84m。检测光路长度越大对检测场地尺寸要求越高，同时对振动、气流扰动等检测环境的要求越苛刻，检测难度越高。

综上所述，提供一种对测量环境要求较低简单方便的大曲率半径自由曲面混合补偿镜面面形干涉测量装置及方法是亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种大曲率半径自由曲面镜面面形干涉测量装置及方法，旨在解决现有技术由于在检测大曲率半径光学元件时检测光路的光程较长而导致的对测量环境要求较高测量困难的问题。

为实现上述目的，本发明一方面提供了一种大曲率半径自由曲面镜面面形干涉测量装置，包括干涉仪、计算全息元件(Computer Generated Hologram，CGH)、光学透镜；

其中，CGH用于接收干涉仪发送的干涉光，发生衍射后经光学透镜汇聚后垂直入射到待测自由曲面反射镜上，从而对待测自由曲面反射镜实现零位补偿检测；

光学透镜用于接收CGH发送过来的衍射光，并对光线进行汇聚以缩短检测光路的长度。

进一步优选地，光学透镜的前后表面均为球面，其后表面的曲率半径与待测自由曲面反射镜的顶点曲率半径相等，所述后表面是指离待测自由曲面反射镜较近的那一面。

进一步优选地，CGH包含主检测区域、与光学透镜对准区域、与干涉仪对准区域、镜面基准区域及透镜基准区域五种衍射光学区域。

进一步优选地，主检测区域位于CGH的中心区域，向外依次分布着与光学透镜对准区域和与干涉仪对准区域；镜面基准区域均匀的分布在与光学透镜对准区域中；透镜基准区域均匀的分布在与干涉仪对准区域中。