CN104048596B - 补偿器及补偿器与干涉仪共轴的调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种补偿器及一种补偿器与干涉仪共轴的调节方法，属于光学技术领域。解决了现有技术中补偿器与干涉仪共轴的调节方法精度低、效率低的技术问题。本发明的补偿器，包括从前向后沿同一光轴依次设置的补偿镜和场镜，还包括光学基准平面镜，光学基准平面镜不遮挡补偿镜的通光口径，且光学基准平面镜的法向与补偿镜的光轴的夹角小于等于3秒，光学基准平面镜的反射面在前。本发明的补偿器能够用于非球面检测，提高补偿器与干涉仪的共轴精度，从而提高非球面的检测及加工精度。

Description

补偿器及补偿器与干涉仪共轴的调节方法
技术领域
本发明涉及光学技术领域，特别涉及一种补偿器及一种补偿器与干涉仪共轴的调节方法。
背景技术
在大型非球面反射镜加工检测过程中，经常需借助补偿器实现干涉检测。补偿器按类型可分为折射式光学补偿器、反射式光学补偿器和衍射式光学补偿器。Offner补偿器属于折射式补偿器中最常用的一种，一般由2片透镜组成，即补偿镜与场镜，可将干涉仪发出的平面波或球面波转换成非球面波经被检非球面反射后再次经补偿器回到干涉仪，与参考光束形成干涉条纹。为便于检测光路的调整，Offner补偿器入射光线一般设计为平面波。
采用入射光线为平面波的Offner补偿器进行非球面检测时，需调整检测光路使补偿器与干涉仪共轴。现有技术中，调节补偿器与干涉仪共轴的方法主要有以下两种：一种如文献用补偿器测量非球面的研究(光学精密工程，1999，Vol.7，No.1，P125-129)中所述，根据干涉仪获得的被检非球面的干涉图以及Zernike多项式系数的大小，通过微调机构同时调整补偿器和被检非球面的位置，使得干涉图中的倾斜、离焦和彗差量为最小即可实现三者共轴。但由于检测光路调整时，仅根据干涉图不能或者不容易判断像差是补偿器失调还是被检非球面失调引起的，因此，该方法效率低，且通过该方法实现的补偿器与干涉仪的共轴精度低；另一种方法是通过补偿器装调时将补偿器的光轴与补偿器镜筒靠近干涉仪那端的机械端面法向或补偿器镜筒的外圆柱面轴线重合，然后通过机械测量法调整补偿器与干涉仪共轴。这种方法虽然是单独调整补偿器与干涉仪共轴，但由于是通过机械测量法实现的，精度低，一般在15秒以上。补偿器与干涉仪共轴精度低直接影响非球面的加工精度。另外，一般非球面光学系统装调时，需调整多个非球面共轴。补偿器与干涉仪共轴精度低将加大多个非球面共轴的装调难度，降低非球面光学系统的装调精度。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中补偿器与干涉仪共轴的调节方法的效率低、精度低的技术问题，提供一种补偿器及一种补偿器与干涉仪共轴的调节方法。
本发明的补偿器，包括从前向后沿同一光轴依次设置的补偿镜与场镜，还包括，光学基准平面镜，所述光学基准平面镜不遮挡补偿镜的通光口径，且光学基准平面镜的法向与补偿镜的光轴的夹角小于等于3秒，光学基准平面镜的反射面在前。
进一步的，所述光学基准平面镜设置在补偿镜之前、补偿镜前表面上或者补偿镜外圆周面上。
进一步的，所述光学基准平面镜的反射面的面形误差小于等于1λ/10。
进一步的，所述光学基准平面镜为圆环形平面镜。
本发明还提供一种补偿器与干涉仪共轴的调节方法，包括以下步骤：
步骤一、在补偿器内设置光学基准平面镜；
所述光学基准平面镜不遮挡补偿镜的通光口径，且光学基准平面镜的法向与补偿镜的光轴的夹角小于等于3秒，光学基准平面镜的反射面在前；
步骤二、打开干涉仪，光学基准平面镜将干涉仪发出平面波反射回干涉仪并在干涉仪上产生干涉条纹；
步骤三、调节补偿器的位置，直至干涉仪上的干涉条纹的数量为0-3条，即完成补偿器与干涉仪共轴的调节。
进一步的，所述光学基准平面镜设置在补偿镜之前、补偿镜前表面上或者补偿镜外圆周面上。
进一步的，所述光学基准平面镜的反射面的面形误差小于等于1λ/10。
进一步的，所述光学基准平面镜为圆环形平面镜。
本发明的发明原理：本发明的补偿器与干涉仪共轴的调节方法，适用于干涉仪发出平面波，补偿器为Offner补偿器的共轴调节，其中，干涉仪发出的平面波在检测光路的通光口径内的部分用于非球面检测，而通光口径外面的部分用于调节补偿器与干涉仪共轴。补偿器靠近干涉仪的一端设有高精度光学基准平面镜，该光学基准平面镜的法向与补偿器光轴的夹角小于等于3秒。通过让补偿器上的光学基准平面镜在干涉仪上产生零级干涉条纹或少量干涉条纹实现补偿器与干涉仪共轴。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明的补偿器及补偿器与干涉仪共轴的调节方法提高了补偿器与干涉仪的共轴精度，从而提高了非球面的检测加工精度。另外，通过使非球面光学系统中的每个非球面及其补偿器均与同一干涉仪共轴，可实现非球面光学系统多个非球面共轴。因此，本发明的补偿器及补偿器与干涉仪共轴的调节方法也可提高非球面光学系统中多个非球面共轴的装调精度。
附图说明
图1为光学基准平面镜设置在补偿镜之前时，补偿器与干涉仪共轴进行非球面检测的原理示意图；
图2为光学基准平面镜设置在补偿镜的前表面上时，补偿器与干涉仪共轴进行非球面检测的原理示意图；
图中，1、干涉仪，2、光学基准平面镜、3、补偿镜，4、场镜，5、非球面。
具体实施方式
下面结合附图1-2进一步说明本发明。
本发明中定义的前后是按光传播方向确定的，光先通过的方向为前。
本发明的补偿器包括光学基准平面镜2、补偿镜3和场镜4。其中，补偿镜3和场镜4都为现有技术，补偿镜3和场镜4沿同一光轴从前向后设置。光学基准平面镜2不遮挡补偿镜3的通光口径，且光学基准平面镜2的法向与补偿镜3的光轴的夹角小于等于3秒，优选光学基准平面镜2的法向与补偿镜3平行，光学基准平面镜2的反射面在前。光学基准平面镜2可以设置在补偿镜3之前，也可以设置在补偿镜3的前表面上或者补偿镜3的外圆周面上，当设置在补偿镜3的前表面上或者外圆周面上时，光学基准平面镜2可以与补偿镜3一体化成型，当设置在补偿镜3的前表面上时，一般设在前表面的圆周边缘；光学基准平面镜2的材料为光学玻璃，如K9玻璃，为提高补偿器的精确度，光学基准平面镜2的反射面抛光至面形误差RMS值小于等于1λ/10，光学基准平面镜2可以为圆环形平面镜。
本发明还提供一种补偿器与干涉仪共轴的调节方法，该调节方法主要适用于入射光线为平面波的Offner补偿器，补偿器包括沿同一光轴从前向后设置的补偿镜3和场镜4；即本发明的干涉仪1发出平面波，补偿器为Offner补偿器，具体包括以下步骤；
步骤一、在补偿器内设置光学基准平面镜2；
光学基准平面镜2不遮挡补偿镜的通光口径，且光学基准平面镜2的法向与补偿镜3的光轴的夹角小于等于3秒，优选光学基准平面镜2的法向与补偿镜3的光轴平行，一般通过定心仪调节光学基准平面镜2的法向与补偿镜3的光轴的关系，光学基准平面镜2的反射面在前；光学基准平面镜2可以设置在补偿镜3之前，也可以设置在补偿镜3的前表面上或者补偿镜3的外圆周面上；当设置在补偿镜3的前表面上或者外圆周面上时，光学基准平面镜2可以与补偿镜3一体化成型，如果设置在补偿镜3的前表面上，一般设在前表面的圆周边缘；光学基准平面镜2的材料为光学玻璃，如K9玻璃，为提高补偿器的精确度，光学基准平面镜2的反射面抛光至面形误差RMS值小于等于1λ/10，光学基准平面镜2可以为圆环形平面镜；
步骤二、打开干涉仪1，干涉仪1发射平面波，光学基准平面镜2将干涉仪1发出的平面波反射回干涉仪1，被光学基准平面镜2反射回的平面波与干涉仪1产生的平面波在干涉仪1上形成干涉条纹；
步骤三、调节补偿器的位置，直至干涉仪1上的干涉条纹的数量为0-3条，即完成补偿器与干涉仪1共轴的调节。
当本发明的补偿器与干涉仪共轴的调节方法用于调节非球面光学系统的多个非球面5共轴时，重复上述步骤一至步骤三，使光学系统中多个补偿器均与同一干涉仪共轴，再调节多个非球面5与各自的补偿器共轴即可实现。
显然，以上实施方式的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于所述技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.补偿器，包括从前向后沿同一光轴依次设置的补偿镜(3)与场镜(4)，其特征在于，还包括，光学基准平面镜(2)，所述光学基准平面镜(2)不遮挡补偿镜(3)的通光口径，且光学基准平面镜(2)的法向与补偿镜(3)的光轴的夹角小于等于3秒，光学基准平面镜(2)的反射面在前。
2.根据权利要求1所述的补偿器，其特征在于，所述光学基准平面镜(2)设置在补偿镜(3)之前、补偿镜(3)的前表面上或者补偿镜(3)的外圆周面上。
3.根据权利要求1所述的补偿器，其特征在于，所述光学基准平面镜(2)的反射面的面形误差小于等于1λ/10。
4.根据权利要求1所述的补偿器，其特征在于，所述光学基准平面镜(2)为圆环形平面镜。
5.补偿器与干涉仪共轴的调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、在补偿器内设置光学基准平面镜(2)；
所述光学基准平面镜(2)不遮挡补偿镜(3)的通光口径，且光学基准平面镜(2)的法向与补偿镜(3)的光轴的夹角小于等于3秒，光学基准平面镜(2)的反射面在前；
步骤二、打开干涉仪(1)，光学基准平面镜(2)将干涉仪(1)发出的平面波反射回干涉仪(1)并在干涉仪(1)上产生干涉条纹；
步骤三、调节补偿器的位置，直至干涉仪(1)上的干涉条纹的数量为0-3条，即完成补偿器与干涉仪共轴共轴的调节。
6.根据权利要求5所述的补偿器与干涉仪共轴的调节方法，其特征在于，所述光学基准平面镜(2)设置在补偿镜(3)之前、补偿镜(3)的前表面上或者补偿镜(3)的外圆周面上。
7.根据权利要求5所述的补偿器与干涉仪共轴的调节方法，其特征在于，所述光学基准平面镜(2)的反射面的面形误差小于等于1λ/10。
8.根据权利要求5所述的补偿器与干涉仪共轴的调节方法，其特征在于，所述光学基准平面镜(2)为圆环形平面镜。
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