CN110987371A - 一种大口径凹非球面的定心系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大口径凹非球面的定心系统和方法，属于空间光学装调测试技术领域在将光轴水平折转为光轴竖直的零位补偿干涉检验光路中，通过位置调整及系统像差测试，实现干涉仪、补偿器、被测非球面三者光轴重合；使用激光跟踪仪测算补偿器的光轴、折镜的法线以及被测非球面的机械基准；通过转换坐标系的办法，将光轴与机械基准的相对位置关系在检验光路中体现；计算非球面光轴与其机械基准轴的角偏心和线偏心。完成大口径凹非球面的高精度定心测量。

Description

一种大口径凹非球面的定心系统和方法

技术领域

本发明涉及一种大口径凹非球面的定心系统和方法，该系统和方法主要应用于采用共轴设计的大口径光学遥感器镜头的主反射镜的定心，可以提升主反射镜光轴相对于其结构基准的定心测量精度，属于空间光学装调测试技术领域。

背景技术

随着对地观测遥感器分辨率的日益提高，近年来大口径、长焦距的共轴全反射式光学系统在遥感器设计中被频繁采用。大口径、长焦距共轴全反射式光学系统的基准为主反射镜，一般是凹非球面，其反射面为二次或高次非球面，口径一般超过1米。

定心仪法、接触法、干涉法是非球面定心的常用测试方法。

定心仪法是用一个自准直调焦望远镜分别对两个环带的镜面曲率半径中心进行定心，使两个中心的自准像绕基准轴旋转且保持不动，在理论上类似于对近同心的弯月形透镜的定心。由于非球面的各环带曲率半径中心差异太小，导致测量基线太短，因此定心准确度较低。且对于大口径非球面的定心实现难度较大。

接触法是使用三坐标仪或者激光跟踪仪，在机械基准坐标系下对镜面进行接触式扫描，拟合镜面方程后得到光轴与机械轴之间的偏差数据。计量级三坐标设备精度高，但受量程限制，且不能实现反射镜在抛光加工过程中的在位检测。激光跟踪仪使用灵活，但是设备精度较三坐标低，测量误差更大。

干涉法是使用激光干涉仪测试大口径非球面反射镜，通过波前像差数据结果对光学系统进行调整，使干涉仪、补偿器、反射镜的光轴一致，再测量光轴与机械轴之间的偏差。国内外多家单位进行了干涉法定心的相关研究。中科院长春光机所的李锐钢等的专利提及的非球面定心方法，尚存在一些问题。比如其只适用于光轴水平测试状态，且干涉仪为平面波干涉仪，对补偿器的装校要求也较高。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对大口径凹非球面反射镜定心精度不够或者对测试仪器精度、量程要求过高的情况，提供一种大口径凹非球面的定心系统和方法，提升定心精度，提高测试便利性，同时降低测试仪器的成本。

本发明的技术解决方案是：一种凹非球面反射镜的定心方法，该方法包括如下步骤：

(1)、依次摆放干涉仪、补偿器、被测反射镜，使得干涉仪、补偿器、被测反射镜光轴重合；

(2)、测算补偿器的光轴与被测反射镜的机械基准轴的夹角，即被测反射镜的光轴与机械基准轴的偏心角θ：

(2.1)、建立被测反射镜坐标系，所述被测反射镜坐标系的原点为被测反射镜端平面与被测反射镜的机械基准轴的交点，被测反射镜的机械基准轴为Z轴，端平面为XOY平面；

(2.2)、采用激光跟踪仪测量固定于补偿器上的至少三个靶球与补偿器光轴的位置关系；

(2.3)、采用激光跟踪仪测量步骤(2.2)中固定于补偿器上的至少三个靶球在被测反射镜坐标系的位置；

(2.4)、根据固定于补偿器上的至少三个靶球在被测反射镜坐标系的位置以及靶球与补偿器光轴的位置关系，换算出补偿器光轴与被测反射镜结构坐标系Z轴的夹角，即补偿器的光轴与被测反射镜的机械基准轴的夹角；

(3)、计算被测反射镜的光轴与被测反射镜端平面的交点与坐标原点的距离，得到被测反射镜的光轴与机械基准轴的偏心线量a，完成凹非球面反射镜的定心。

所述步骤(1)的具体实现为：

(1.1)、采用干涉仪和补偿器测试被测反射镜面形数据，并拟合得到被测反射镜的离焦、球差、彗差；

(1.2)、不断调整干涉仪和补偿器的位置，重新测试被测反射镜面形数据，直到被测反射镜的离焦、球差、彗差的值分别小于各自的预设门限，此时，干涉仪、补偿器、被测反射镜光轴重合。

离焦、球差、彗差的门限分别为：0.002λ、0.001λ、0.005λ，λ为激光器光源的波长。。

优选的，还包括如下步骤：

将被测反射镜绕其机械基准轴旋转预设的一定角度，得到N组被测反射镜的光轴与机械基准轴的偏心角θ和偏心线量a，再对N组被测反射镜的光轴与机械基准轴的偏心角θ和偏心线量a分别进行平均，得到最终的被测反射镜的光轴与机械基准轴的偏心角θ和偏心线量a，完成凹非球面反射镜的定心。

优选的，所述补偿器的光轴偏小于1″。

所述步骤(2.2)的具体实现为：

(2.2.1)、将激光跟踪仪垂直放置在定心仪的转台上，激光跟踪仪的光轴与转台的转轴重合；

(2.2.2)、在转台的旋转平面上固定至少三个靶球；

(2.2.3)、采用激光跟踪仪测量步骤(2.1.2)中固定于转台上的至少三个靶球在激光跟踪仪坐标系下的坐标；

(2.2.4)、转动转台一定角度；

(2.2.5)、重复步骤(2.2.3)和步骤(2.2.4)，得到转台旋转一周，固定于转台上的至少三个靶球在激光跟踪仪坐标系下的M组坐标，所述M大于等于6次；

(2.2.6)、根据固定于转台上的至少三个靶球在激光跟踪仪坐标系下的M组坐标，拟合出转台转轴在激光跟踪仪坐标系下位置和方向；

(2.2.7)、采用激光跟踪仪测量固定于补偿器上的至少三个靶球在激光跟踪仪坐标系下的坐标；

(2.2.8)、转台转轴在激光跟踪仪坐标系下位置和方向，固定于补偿器上的至少三个靶球在激光跟踪仪坐标系下的坐标，转换成补偿器上的至少三个靶球与转台转轴的位置关系，即补偿器上的至少三个靶球与补偿器光轴的位置关系。

优选的，本发明提供了另一种技术方案，一种凹非球面的定心系统，其特征在于包括干涉仪、补偿器、被测反射镜、折转平面镜，所述补偿器、折转平面镜上分别安装至少三个靶球；

干涉仪、补偿器、折转平面镜、被测反射镜依次摆放，折转平面镜位于补偿器和被测反射镜之间，用于将两者之间的光路折转，干涉仪的光轴、补偿器的光轴、被测反射镜光轴相对于折转平面镜的镜像三者重合，干涉仪发射标准球面波光束，该标准球面波光束经过焦点汇聚之后发散，进入补偿器，所述补偿器与被测反射镜匹配，将进入标准球面波光束进行补偿，转换成非球面波光束，补偿后非球面波光束经过折转平面镜折转之后被测反射镜反射，反射回来的非球面波光束，再经过折转平面镜和补偿器反馈回来，反馈的光束经过干涉仪的焦点汇聚之后发散；

激光跟踪仪，内置被测反射镜坐标系，所述被测反射镜坐标系的原点为端平面与被测反射镜的机械基准轴的交点，被测反射镜的机械基准轴为Z轴，端平面为XOY平面，激光跟踪仪通过补偿器、折转平面镜上分别安装至少三个靶球以及内置被测反射镜坐标系，测量补偿器的光轴相对于折转平面镜的镜像与被测反射镜机械基准轴的夹角，从而得到被测反射镜的光轴与机械基准轴的偏心角θ；计算被测反射镜的光轴与端平面的交点、被测反射镜机械基准轴与端平面交点之间的距离，得到被测反射镜的光轴与机械基准轴的偏心线量a。

所述激光跟踪仪测量补偿器的光轴相对于折转平面镜的镜像与被测反射镜机械基准轴的夹角的具体步骤为：

(s1)、测量固定于补偿器上的至少三个靶球与补偿器光轴的位置关系；

(s2)、测量步骤(s1)所述固定于折转平面镜上的至少三个靶球与平面镜法线的位置关系；

(s3)、测量固定于补偿器上的至少三个靶球与被测反射镜坐标系的位置关系；

(s4)、测量固定于折转平面镜上的至少三个靶球与被测反射镜结构坐标系的位置关系；

(s5)、根据固定于折转平面镜上的至少三个靶球与平面镜法线的位置关系和固定于折转平面镜上的至少三个靶球与被测反射镜结构坐标系的位置关系、以及固定于补偿器上的至少三个靶球在被测反射镜结构坐标系的位置和固定于补偿器上的至少三个靶球与补偿器光轴的位置关系，换算出跟踪仪光轴相对于折转平面镜的镜像与被测反射镜结构坐标系Z轴的夹角，即补偿器的光轴相对于折转平面镜的镜像与被测反射镜机械基准轴的夹角。

所述凹非球面反射镜的口径超过1米。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)、本发明使用激光跟踪仪采集测试光路中各元件的机械基准或光轴的空间位置关系，通过变换坐标系进行基准测量的方法，降低了空间位置测量难度。

(2)、本发明采用折转平面镜该变光路方向，可以在垂直检测工位直接进行非球面定心，实现了大口径凹非球面在抛光加工过程中的原位测量，提高了工作效率。

(3)、本发明的测量方法，实现了在球面波非球面零位补偿干涉检验光路中进行定心测量，降低了非球面零位补偿干涉检验的光学设计难度。

附图说明

图1为本发明实施例定心流程；

图2为本发明实施例补偿器光轴测试示意图；

图3为本发明实施例折转平面镜法线测试示意图；

图4为本发明实施例反射镜结构基准测试示意图；

图5为本发明实施例反射镜面形测试系统示意图；

图6为本发明实施例零位补偿干涉检验光路图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

为了准确测量大口径凹非球面反射镜的光轴，特别是口径超过1m的反射镜。本发明提供了一种凹非球面反射镜的定心方法。本发明的原理是：使用坐标测量仪器、利用非球面面形检测光路实现高精度定心。零位补偿检验法是凹非球面反射镜面形的传统检测方法之一。该方法的测试光路要求补偿器的光轴和被测非球面的光轴重合。通过调整使干涉仪、补偿器、被测反射镜三者光轴重合，建立统一坐标系，使用激光跟踪仪测试补偿器光轴(即被测反射镜光轴)和被测反射镜的机械基准轴，计算二者的偏心角θ和偏心线量a，即完成了被测反射镜的定心测量。

如图1所示，该方法包括如下步骤：

(1)、如图6所示，依次摆放干涉仪、补偿器、被测反射镜，使得干涉仪、补偿器、被测反射镜光轴重合；具体实现为：

(1.1)、采用干涉仪和补偿器测试被测反射镜面形数据，并拟合得到被测反射镜的离焦、球差、彗差；

(1.2)、不断调整干涉仪和补偿器的位置，重新测试被测反射镜面形数据，直到被测反射镜的离焦、球差、彗差小于各自的预设门限，此时，干涉仪、补偿器、被测反射镜光轴重合。离焦、球差、彗差的门限分别为：0.002λ、0.001λ、0.005λ，例如：λ为激光器发出激光光源的波长，λ＝0.6328μm。

在步骤(1)之前对补偿器进行装校，使得补偿器的光轴偏小于1″。如图2所示，具体的装校步骤如下：

采用自准直光路原理，以定心仪的精密转台机械轴作为测量基准轴，通过自准像在探测器上的偏移可推算出被测补偿器的各个透镜表面的中心偏误差大小。光源发出的光线，经过十字分划板后、分束器和透镜组，出射汇聚光束，焦点与被测面球心像位置重合。十字分划像经过被测透镜表面反射，通过透镜组和分束器汇聚于接收分划板上，最终被探测器接收。按照同样的方法，对其它球心像依次测量，可得到补偿器中心偏误差模型。调整透镜组内各个透镜的六维自由度并固定，使得各片透镜的光轴均与转台机械轴重合，完成补偿器的装校。使用高精度反射式定心仪，补偿器光轴装校精度优于1″。

(2)、测算补偿器的光轴与被测反射镜的机械基准轴的夹角，即被测反射镜的光轴与机械基准轴的偏心角θ：

(2.1)、建立被测反射镜坐标系，所述被测反射镜坐标系的原点为被测反射镜端平面与被测反射镜的机械基准轴的交点，被测反射镜的机械基准轴为Z轴，端平面为XOY平面；

(2.2)、采用激光跟踪仪测量固定于补偿器上的至少三个靶球与补偿器光轴的位置关系；具体为：

(2.2.1)、如图2所示，将跟踪仪垂直放置在定心仪的转台上，跟踪仪的光轴与转台的转轴重合；

(2.2.2)、在转台的旋转平面上固定至少三个靶球；

(2.2.3)、采用激光跟踪仪测量步骤(2.2.2)中固定于转台上的至少三个靶球在激光跟踪仪坐标系下的坐标；

(2.2.4)、转动转台一定角度；

(2.2.5)、重复步骤(2.2.3)和步骤(2.2.4)，得到转台旋转一周，固定于转台上的至少三个靶球在激光跟踪仪坐标系下的M组坐标，所述M大于等于6次；

(2.2.6)、根据固定于转台上的至少三个靶球在激光跟踪仪坐标系下的M组坐标，拟合出转台转轴在激光跟踪仪坐标系下位置和方向；

(2.2.7)、采用激光跟踪仪测量固定于补偿器上的至少三个靶球在激光跟踪仪坐标系下的坐标；

(2.2.8)、转台转轴在激光跟踪仪坐标系下位置和方向，固定于补偿器上的至少三个靶球在激光跟踪仪坐标系下的坐标，转换成补偿器上的至少三个靶球与转台转轴的位置关系，即补偿器上的至少三个靶球与补偿器光轴的位置关系。

(2.3)、采用激光跟踪仪测量步骤(2.1)中固定于补偿器上的至少三个靶球在被测反射镜坐标系的位置；

(2.4)、根据固定于补偿器上的至少三个靶球在被测反射镜坐标系的位置以及靶球与补偿器光轴的位置关系，换算出补偿器光轴与被测反射镜结构坐标系Z轴的夹角，即补偿器的光轴与被测反射镜的机械基准轴的夹角；

(3)、计算被测反射镜的光轴与被测反射镜端平面的交点与坐标原点的距离，得到被测反射镜的光轴与机械基准轴的偏心线量a。

(4)、将被测反射镜绕其机械基准轴旋转预设的一定角度，重复步骤(1)～(3)，得到N组被测反射镜的光轴与机械基准轴的偏心角θ和偏心线量a，再对N组被测反射镜的光轴与机械基准轴的偏心角θ和偏心线量a分别进行平均，得到最终的被测反射镜的光轴与机械基准轴的偏心角θ和偏心线量a，完成非球面定心，N大于等于1。

基于上述方法，本发明还提供了另一种凹非球面的定心系统，如图5所示，该系统包括干涉仪、补偿器、被测反射镜、折转平面镜，所述补偿器、折转平面镜上分别安装至少三个靶球；

干涉仪、补偿器、折转平面镜、被测反射镜依次摆放，折转平面镜位于补偿器和被测反射镜之间，用于将两者之间的光路折转，干涉仪的光轴、补偿器的光轴、被测反射镜光轴相对于折转平面镜的镜像三者重合，干涉仪发射标准球面波光束，该标准球面波光束经过焦点汇聚之后发散，进入补偿器，所述补偿器与被测反射镜匹配，将进入标准球面波光束进行补偿，转换成非球面波光束，补偿后非球面波光束经过折转平面镜折转之后被测反射镜反射，反射回来的非球面波光束，再经过折转平面镜和补偿器反馈回来，反馈的光束经过干涉仪的焦点汇聚之后发散；

激光跟踪仪，内置被测反射镜坐标系，所述被测反射镜坐标系的原点为端平面与被测反射镜的机械基准轴的交点，被测反射镜的机械基准轴为Z轴，端平面为XOY平面，激光跟踪仪通过补偿器、折转平面镜上分别安装至少三个靶球以及内置被测反射镜坐标系，测量补偿器的光轴相对于折转平面镜的镜像与被测反射镜机械基准轴的夹角，从而得到被测反射镜的光轴与机械基准轴的偏心角θ；计算被测反射镜的光轴与端平面的交点、被测反射镜机械基准轴与端平面交点之间的距离，得到被测反射镜的光轴与机械基准轴的偏心线量a。

如图4所示，所述激光跟踪仪测量补偿器的光轴相对于折转平面镜的镜像与被测反射镜机械基准轴的夹角的具体步骤为：

(s1)、测量固定于补偿器上的至少三个靶球与补偿器光轴的位置关系；

(s2)、测量步骤(s1)所述固定于折转平面镜上的至少三个靶球与平面镜法线的位置关系；如图3所示。

(s3)、测量固定于补偿器上的至少三个靶球与被测反射镜坐标系的位置关系；

(s4)、测量固定于折转平面镜上的至少三个靶球与被测反射镜结构坐标系的位置关系；

(s5)、根据固定于折转平面镜上的至少三个靶球与平面镜法线的位置关系和固定于折转平面镜上的至少三个靶球与被测反射镜结构坐标系的位置关系、以及固定于补偿器上的至少三个靶球在被测反射镜结构坐标系的位置和固定于补偿器上的至少三个靶球与补偿器光轴的位置关系，换算出跟踪仪光轴相对于折转平面镜的镜像与被测反射镜结构坐标系Z轴的夹角，即补偿器的光轴相对于折转平面镜的镜像与被测反射镜机械基准轴的夹角。

实施例：

发明中提及的测试方法应用于某型号遥感卫星的遥感器镜头主镜光轴测试过程中。测试场所为光学实验室，实验室的温湿度要求为温度20±2℃、湿度30％-60％。在补偿器，折转平面镜、主镜的适当位置牢固粘贴SMR。

补偿器光轴测试：在定心仪的转台上固定补偿器。测试补偿器各镜片的光轴，得到补偿器光轴。将补偿器光轴与转台转轴调至重合，使用激光跟踪仪测试转台转轴，并引出至补偿器的SMR。

折转平面镜法线测试：折转平面镜固定在其安装结构上，并置于高度合适的光学平台上，此时折转平面镜的高度与激光跟踪仪基本一致。使用激光跟踪仪测试其反射面，并拟合得到其法线方向，将反射面连同法线引出至平面镜的基准靶球上。

反射镜结构基准测试：反射镜以反射面竖直向上的位姿置于合适高度的支撑工装上，镜面高度大致1m。激光跟踪仪测试其结构基准，包括其镜身的外圆柱面以及位于反射表面外沿的环形平面。在测试过程中，需要激光跟踪仪进行一次转站，以测得整个侧圆柱面。拟合圆柱的轴线，和环形平面的法线，并引出至反射镜的基准靶球上。

反射镜反射表面面形测试系统建立：依次在垂直检测塔上摆放激光干涉仪、补偿器、折转平面镜、反射镜。架设激光跟踪仪。激光跟踪仪测试补偿器的基准靶球以得到其光轴，调整补偿器使其光轴位于水平面内。激光跟踪仪测试激光干涉仪出射光焦点，调整激光干涉仪使其焦点位于补偿器前焦点处。激光跟踪仪测试折转镜平面镜的基准靶球以得到其法线，调整平面镜使其法线投影在铅锤面内与补偿器光轴夹角为45°，在水平面内其法线投影与补偿器光轴平行，并且补偿器光轴基本通过其口径中心。激光跟踪仪测试反射镜的基准靶球以得到其圆柱面轴线，调整反射镜使其轴线竖直并且基本通过折转平面镜口径中心。

反射镜反射表面面形测试：使用激光干涉仪对反射镜面形进行干涉测量，得到反射镜面形数据，并拟合得到初级像差。调整干涉仪和补偿器整体，直至初级像差中的power、球差、彗差均为预设门限内。

各元件位置关系测试：激光跟踪仪测试反射镜的基准靶球，已得到其圆柱轴线和环形平面，并利用上述数据建立主镜结构坐标系。在该坐标系下，依次测试干涉仪焦点、补偿器基准靶球、折转平面镜基准靶球。在跟踪仪软件内创建补偿器光轴关于折镜过二者交点的法线的镜像直线l。在主镜结构坐标系下，计算该直线l与主镜圆柱轴线的位置关系，包括l与坐标系XOY平面的交点坐标(x01、y01、0)，l与各坐标轴的夹角(θx1，θy1，θz1)。则反射镜光轴在其结构基准坐标系下的位置为(θx1，θy1，θz1，x01、y01)。

主镜换方向测试：主镜绕其圆柱轴线向同一方向依次旋转60°、120°、180°、240°、300°，在每一方向下重复步骤1-6，得到六组数据：(θx1，θy1，θz1，x01、y01)……(θx6，θy6，θz6，x06、y06)，对上述六组数据取平均值，则反射镜光轴在其结构基准坐标系下的位置为；

步骤二，激光跟踪仪测试折转平面镜镜面，计算其法线，并通过测试至少三个靶球的坐标，将上述坐标信息引出到固定于折镜的激光跟踪仪靶球SMR(4#-6#)。

步骤三，激光跟踪仪测试非球面的机械基准面，一般为端平面和外圆柱，并引出到固定于非球面的SMR(7#-9#)。

步骤四，在垂直检测工位布置激光干涉仪、补偿器、折转镜和被测非球面。调整干涉仪、补偿器、反射镜三者的光轴同轴。激光跟踪仪依次测试干涉仪焦点坐标、SMR1#-9#的坐标。

步骤五，反射镜绕其光轴旋转60°，重复步骤四的测试，旋转5个角度。

步骤六，在激光跟踪仪软件内对上述6组数据进行计算，得到6组非球面光轴相对与其机械基准的偏心角和偏心线量。将6组数据平均，完成非球面定心。

采用本发明方法，影响定心精度的因素有：

定心仪的测试精度：补偿器光轴的测试精度为±1″，则其引入的误差σ1≈±tan(1″)×R＝±4.848e^-6R。其中R为反射镜的顶点曲率半径。

激光跟踪仪的测试精度：激光跟踪仪的测试精度与测试距离有关，为(0.015+6e^-6×L)mm，其中L为跟踪仪到被测物体的距离。

实验证明，对于补偿器和折转平面镜，测试误差σ2＝±0.005mm，对于反射镜，σ3＝±1e^-5D。

综上所述，本发明的测试精度为：

对于R＝3000mm、D＝1000mm的非球面反射镜，其测试精度为±0.0279mm(线量)。

综上所述，本发明提供了一种新的基于干涉测量的定心系统和方法，即利用定心仪、激光跟踪仪、激光干涉仪相结合进行测试。首先利用定心仪与激光跟踪仪测试补偿器光轴，然后利用反射镜面形补偿测试系统，把补偿器光轴与反射镜光轴调整至严格重合，在反射镜结构基准坐标系下测试补偿器光轴(即反射镜光轴)，即可得到反射镜光轴位置。使用该系统和方法可以避免传统测试方法对大量程三坐标仪的依赖，避免曲面拟合带来的误差，避免接触式测量的风险，同时实现了加工过程中的原位测量。精度高，操作简单，通用性好。对于1m口径的凹非球面反射镜，测试精度在±0.03mm以内。

本说明书未进行详细描述部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (9)

1.一种凹非球面反射镜的定心方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)、依次摆放干涉仪、补偿器、被测反射镜，使得干涉仪、补偿器、被测反射镜光轴重合；

(2)、测算补偿器的光轴与被测反射镜的机械基准轴的夹角，即被测反射镜的光轴与机械基准轴的偏心角θ：

(2.1)、建立被测反射镜坐标系，所述被测反射镜坐标系的原点为被测反射镜端平面与被测反射镜的机械基准轴的交点，被测反射镜的机械基准轴为Z轴，端平面为XOY平面；

(2.2)、采用激光跟踪仪测量固定于补偿器上的至少三个靶球与补偿器光轴的位置关系；

(2.3)、采用激光跟踪仪测量步骤(2.2)中固定于补偿器上的至少三个靶球在被测反射镜坐标系的位置；

(2.4)、根据固定于补偿器上的至少三个靶球在被测反射镜坐标系的位置以及靶球与补偿器光轴的位置关系，换算出补偿器光轴与被测反射镜结构坐标系Z轴的夹角，即补偿器的光轴与被测反射镜的机械基准轴的夹角；

(3)、计算被测反射镜的光轴与被测反射镜端平面的交点与坐标原点的距离，得到被测反射镜的光轴与机械基准轴的偏心线量a，完成凹非球面反射镜的定心。

2.根据权利要求1所述的一种凹非球面的定心方法，其特征在于所述步骤(1)的具体实现为：

(1.1)、采用干涉仪和补偿器测试被测反射镜面形数据，并拟合得到被测反射镜的离焦、球差、彗差；

(1.2)、不断调整干涉仪和补偿器的位置，重新测试被测反射镜面形数据，直到被测反射镜的离焦、球差、彗差的值分别小于各自的预设门限，此时，干涉仪、补偿器、被测反射镜光轴重合。

3.根据权利要求1所述的一种凹非球面的定心方法，其特征在于离焦、球差、彗差的门限分别为：0.002λ、0.001λ、0.005λ，λ为激光器光源的波长。

4.根据权利要求1所述的一种凹非球面的定心方法，其特征在于还包括如下步骤：

将被测反射镜绕其机械基准轴旋转预设的一定角度，得到N组被测反射镜的光轴与机械基准轴的偏心角θ和偏心线量a，再对N组被测反射镜的光轴与机械基准轴的偏心角θ和偏心线量a分别进行平均，得到最终的被测反射镜的光轴与机械基准轴的偏心角θ和偏心线量a，完成凹非球面反射镜的定心。

5.根据权利要求1所述的一种凹非球面的定心方法，其特征在于所述补偿器的光轴偏小于1″。

6.根据权利要求1所述的一种凹非球面的定心方法，其特征在于所述步骤(2.2)的具体实现为：

(2.2.1)、将激光跟踪仪垂直放置在定心仪的转台上，激光跟踪仪的光轴与转台的转轴重合；

(2.2.2)、在转台的旋转平面上固定至少三个靶球；

(2.2.3)、采用激光跟踪仪测量步骤(2.1.2)中固定于转台上的至少三个靶球在激光跟踪仪坐标系下的坐标；

(2.2.4)、转动转台一定角度；

(2.2.5)、重复步骤(2.2.3)和步骤(2.2.4)，得到转台旋转一周，固定于转台上的至少三个靶球在激光跟踪仪坐标系下的M组坐标，所述M大于等于6次；

(2.2.6)、根据固定于转台上的至少三个靶球在激光跟踪仪坐标系下的M组坐标，拟合出转台转轴在激光跟踪仪坐标系下位置和方向；

(2.2.7)、采用激光跟踪仪测量固定于补偿器上的至少三个靶球在激光跟踪仪坐标系下的坐标；

(2.2.8)、转台转轴在激光跟踪仪坐标系下位置和方向，固定于补偿器上的至少三个靶球在激光跟踪仪坐标系下的坐标，转换成补偿器上的至少三个靶球与转台转轴的位置关系，即补偿器上的至少三个靶球与补偿器光轴的位置关系。

7.一种凹非球面的定心系统，其特征在于包括干涉仪、补偿器、被测反射镜、折转平面镜，所述补偿器、折转平面镜上分别安装至少三个靶球；

干涉仪、补偿器、折转平面镜、被测反射镜依次摆放，折转平面镜位于补偿器和被测反射镜之间，用于将两者之间的光路折转，干涉仪的光轴、补偿器的光轴、被测反射镜光轴相对于折转平面镜的镜像三者重合，干涉仪发射标准球面波光束，该标准球面波光束经过焦点汇聚之后发散，进入补偿器，所述补偿器与被测反射镜匹配，将进入标准球面波光束进行补偿，转换成非球面波光束，补偿后非球面波光束经过折转平面镜折转之后被测反射镜反射，反射回来的非球面波光束，再经过折转平面镜和补偿器反馈回来，反馈的光束经过干涉仪的焦点汇聚之后发散；

激光跟踪仪，内置被测反射镜坐标系，所述被测反射镜坐标系的原点为端平面与被测反射镜的机械基准轴的交点，被测反射镜的机械基准轴为Z轴，端平面为XOY平面，激光跟踪仪通过补偿器、折转平面镜上分别安装至少三个靶球以及内置被测反射镜坐标系，测量补偿器的光轴相对于折转平面镜的镜像与被测反射镜机械基准轴的夹角，从而得到被测反射镜的光轴与机械基准轴的偏心角θ；计算被测反射镜的光轴与端平面的交点、被测反射镜机械基准轴与端平面交点之间的距离，得到被测反射镜的光轴与机械基准轴的偏心线量a。

8.根据权利要求7所述的一种凹非球面的定心系统，其特征在于所述激光跟踪仪测量补偿器的光轴相对于折转平面镜的镜像与被测反射镜机械基准轴的夹角的具体步骤为：

(s1)、测量固定于补偿器上的至少三个靶球与补偿器光轴的位置关系；

(s2)、测量步骤(s1)所述固定于折转平面镜上的至少三个靶球与平面镜法线的位置关系；

(s3)、测量固定于补偿器上的至少三个靶球与被测反射镜坐标系的位置关系；

(s4)、测量固定于折转平面镜上的至少三个靶球与被测反射镜结构坐标系的位置关系；

(s5)、根据固定于折转平面镜上的至少三个靶球与平面镜法线的位置关系和固定于折转平面镜上的至少三个靶球与被测反射镜结构坐标系的位置关系、以及固定于补偿器上的至少三个靶球在被测反射镜结构坐标系的位置和固定于补偿器上的至少三个靶球与补偿器光轴的位置关系，换算出跟踪仪光轴相对于折转平面镜的镜像与被测反射镜结构坐标系Z轴的夹角，即补偿器的光轴相对于折转平面镜的镜像与被测反射镜机械基准轴的夹角。

9.根据权利要求1～8任一项所述的一种凹非球面反射镜的定心系统，其特征在于所述凹非球面反射镜的口径超过1米。

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