CN109946043B - 一种折反透镜组合校正的超大凸双曲面检验光学系统 - Google Patents

一种折反透镜组合校正的超大凸双曲面检验光学系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种折反透镜组合校正的超大凸双曲面检验光学系统。检验光学系统由激光干涉仪、折反透镜组、待检凸双曲面反射镜、球面反射镜组成，球面反射镜的球心与待检凸双曲面反射镜的后焦点重合，构成自准光学系统，激光干涉仪发出的发散光线经折反透镜组后，到达球面反射镜上，球面反射镜将光线反射至待检凸双曲面反射镜上，经过待检凸双曲面的反射，光线沿法线方向再次入射到球面反射镜上，并自准反射，按原路返回干涉仪，折反透镜组用于校正球面反射镜引入的球差。该光学系统用于实现口径600mm及以上的超大口径凸双曲面反射镜的高精度检验，具有检验精度高、所需球面反射镜口径小和光路简单等优点。

Description

一种折反透镜组合校正的超大凸双曲面检验光学系统
技术领域
本发明涉及光学检测技术领域，具体涉及利用单透镜与折反透镜组合校正的超大口径凸双曲面反射镜的检验光学系统。
背景技术
光学加工与光学检测技术息息相关，光学加工的精度主要受检测精度的限制。目前，高精度非球面面形检测的主要方法是零位干涉检验法，包括无像差点法和补偿检验法，其中，补偿检验法又包括利用补偿器的零位补偿检验法和计算全息CGH法。
二次轴对称非球面有一对无像差点，比较容易实现无像差的检验，因此，利用无像差点法可以实现凸双曲面的检验，然而，利用Hindle法进行凸非球面检验的难点在于所需的凹面辅助镜尺寸很大，Hindle检验法中球面反射镜口径约为被检镜的2.2倍，因此，在对大口径非球面进行检验时，球面反射镜的加工成本和难度都会加大，该方法不再适用。
补偿检验法也是凸非球面检验的常用方法，其中补偿器的零位补偿检验方法是利用补偿透镜将光束汇聚与凸非球面的像差平衡的原理，一般补偿透镜包含非球面反射镜，口径也应该略大于待检非球面反射镜，因此，在进行大口径凸非球面检测时，补偿器的零位补偿检验方法任然存在加工、检测和装调等一系列问题；计算全息CGH法，是利用计算机生成全息图，制成全息板，在光学系统中功能类似补偿透镜，然而，大口径的CGH制作工艺还没有被普遍掌握，因此在大口径非
球面的检测中，该方法同样存在问题。
【先行技术文献】凸非球面无光焦度双透镜Hindle检验研究.姚劲刚,郑列华,郝沛明,量子电子学报,2017,24(3):272-277.
【先行技术文献】改进的Hindle方法检测凸非球面的研究.马杰,朱政,红外与激光工程,2011,40(2):277-282.
就文献1提供的改进方法，虽然减小了辅助镜口径，Hindle面透镜需要镀银，工艺麻烦，并且在实现高精度检验时所加入的透镜口径与具有Hindle面透镜的孔径大小差不多，在进行大口径非球面检验时，所需加工成本较大。
就文献2所说的改进方法，用弯月透镜取代Hindle辅助球面反射镜，也存在弯月透镜需要一面镀膜的工艺，并且在检验大口径非球面时，所需弯月透镜的口径更大，弯月透镜的折射率均匀性难以保证。
发明内容
本发明中，要解决的技术问题是克服现有大口径凸非球面检测时存在的问题，其目的在于提供一种高精度、易操作、大口径且缩小Hindle辅助球面反射镜口径的超大口径凸双曲面反射镜的光学检验系统。
本发明中的光学检验系统由激光干涉仪、Hindle球面反射镜、折反透镜组以及待检凸双曲面反射镜组成，其中Hindle球面反射镜的球心与待检凸双曲面镜的后焦点重合，构成自准光学系统，折反透镜组由单透镜和折反单透镜组成。由激光干涉仪发出的发散光线经折反透镜组后，到达球面反射镜上，球面反射镜将光线反射至待检凸双曲面反射镜上，经过待检凸双曲面的反射，光线沿法线方向再次入射到球面反射镜上，并自准反射，按原路返回干涉仪。球面反射镜的口径与待检凸双曲面反射镜的口径比值不超过2，单透镜和折反单透镜的口径与待检凸双曲面反射镜的口径比值不超过1/6。
与现有非球面检测光学系统相比，本发明的优点在于：
本发明检验原理为无像差法，应用非球面反射镜的一对消像差点，检验时操作简单，检测精度较高；引入折反透镜组，缩短了检测光路的长度，减小了球面反射镜的口径，降低了大口径非球面检测球面反射镜的加工难度和成本。
附图说明
图1是本发明所述的用于超大口径凸双曲面检验的光学系统结构图；
图2是本发明所述的用于超大口径凸双曲面检验光学系统的轴向像差曲线图。
具体实施方式
以下结合具体实施例与附图说明对本发明作进一步详细说明。
图1示出了本发明折反透镜组合校正超大凸双曲面检验的光学系统，该大口径双曲面的检验光学系统由激光干涉仪、折反透镜组、待检凸双曲面镜和Hindle辅助反射镜组成，Hindle辅助反射镜的球心与待检凸双曲面的一个消球差点重合。
本实施例中待检凸双曲面的口径为600mm，曲率半径为2.5m，偏心率平方为2.25，Hindle辅助反射镜口径为1168.91mm，曲率半径为2.0m，Hindle辅助反射镜的口径与待检凸双曲面的口径的比值小于2；待检凸非球面不产生球差，Hindle辅助反射镜在自准光学系统中进行光路自准返回时产生球差，为了校正产生的球差，引入折反透镜组。折反透镜组中两个透镜的厚度为25mm，二者间距为5mm，二者都为负透镜，一个为透镜，一个为折反镜，透镜口径为72.86mm，折反透镜口径为95.23mm，折反透镜组与待检凸双曲面反射镜口径的比值小于1/6，利用该组合校正Hindle辅助反射镜引入的球差，对折反透镜组的参数进行优化，其材料为K9玻璃。
超大口径凸双曲面光学检验系统实施例的主要参数如表1所示。图2为本实施例的光学检测系统的纵向球差曲线，经优化后该系统的残余球差，PV＝0.01λ，RMS＝0.0026λ(其中，λ＝632.8nm)。
表1检验系统的主要光学参数
除本实施例以外，干涉仪光源除了发散光，还可以是平行光。

Claims (1)

1.一种折反透镜组合校正的超大凸双曲面检验光学系统，由激光干涉仪(1)，折反透镜组(2)，球面反射镜(3)，待检凸双曲面反射镜组成，其特征在于：
所述的球面反射镜(3)的球心与待检凸双曲面反射镜的后焦点重合，构成自准光学系统，由激光干涉仪(1)发出的发散光线经折反透镜组(2)后，到达球面反射镜(3)上，球面反射镜(3)将光线反射至待检凸双曲面反射镜上，经过待检凸双曲面的反射，光线沿法线方向再次入射到球面反射镜(3)上，并自准反射，按原路返回干涉仪；
所述的折反透镜组(2)由单透镜和折反单透镜组成，折反透镜组(2)的口径与待检凸双曲面反射镜的口径比值不超过1/6；
所述的球面反射镜(3)的口径与待检凸双曲面反射镜的口径比值不超过2。
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