一种检测长焦大离轴量离轴抛物面镜的光学系统技术方案

本实用新型专利技术属于光学技术领域，具体涉及一种检测离轴抛物面的光学系统；为解决长焦大离轴量离轴抛物面镜的检测系统光路过长受气流扰动严重以及CCD对被检测工件的检测分辨率低从而导致检测精度下降的技术问题，提出一种检测长焦大离轴量离轴抛物面镜的光学系统；该系统采用偏轴两镜系统将发散镜头虚焦点和偏轴两镜系统的像点重合，有效的缩短了光路长度；再配合标准球面反射镜、标准平面反射镜进一步缩短光路长度且压缩了光路宽度；此外该技术方案使得CCD的像元得到有效利用，增大了被检测工件的检测分辨率，可以有效遏制空气扰动对检验结果的不利影响，提高干涉检验精度，为加工符合技术要求的离轴镜提供保障。

【技术实现步骤摘要】
一种检测长焦大离轴量离轴抛物面镜的光学系统
本专利技术属于光学
，具体涉及一种检测离轴抛物面的光学系统。
技术介绍
离轴抛物面反射镜由于失去了旋转对称性，无法按传统方法在磨镜机上加工磨制。通常认为，如果要对离轴抛物面反射镜作高精度的单件加工，只有运用计算机辅助加工方法。即必须依赖于复杂的数控光学加工设备。现在一般采取挖切技术，先做一个大的旋转对称的母抛物面镜，再用套切工具挖出所需部分。这种方法只能适用于口径较小并且离轴量不大的镜子。离轴抛物面反射镜主要有以下几个指标：通光口径、离轴量（或离轴角）、母抛物面焦距及镜面精度。镜面精度要求，高者用波长表示，又分均方根误差（RMS）和峰谷值误差（P-V）；低者用星点像弥散圆直径表示。惯性约束核聚变工程需要将多路激光束会聚于靶丸，为了将多路激光束在同一水平面上分布得当，做到各路光无不干涉，需要组合不同焦距和离轴量的离轴抛物面。在目前的原理实验阶段，离轴抛物面的焦距已经到达30m级、离轴量已经达到15m级，随着惯性约束核聚变工程的发展，对更大焦距和离轴量的离轴抛物面将会有进一步的需求。专利号为：ZL031131119.0的专利技术专利公开了一种离轴抛物面反射镜的加工方法，该方法在加工长焦大离轴量离轴抛物面镜时由于焦距长导致干涉检测光路过长，气流扰动导致测量精度降低；大离轴量导致干涉检测时CCD对条纹的分辨率下降，严重影响测试可靠性。例如一块焦距30m、离轴量15m的离轴抛物面，干涉检验时需要的恒温室内场地至少为20m（长）×10m（宽），而且干涉检验光路长度超过60m，气流扰动对抛物镜的面形误差带来极大的影响。可见，长焦大离轴量离轴抛物面镜的高精度加工受制于高精度检测，现有技术还不能满足需求。
技术实现思路
本专利技术目的是解决长焦大离轴量离轴抛物面镜的检测系统光路过长受气流扰动严重以及CCD对被检测工件的检测分辨率低从而导致检测精度下降的技术问题，采用的技术方案如下：一种检测长焦大离轴量离轴抛物面镜的光学系统，该光学系统包括沿着干涉仪发出的光波传播方向依次排布的：发散镜头、标准球面反射镜、用于放置待测长焦大离轴量离轴抛物面镜的调整架、标准平面反射镜；所述的发散镜头将干涉仪发出的光波调制成发散的球面波，发散的球面波经标准球面反射镜反射入射至待测长焦大离轴量离轴抛物面镜，经待测长焦大离轴量离轴抛物面镜反射后的光波为平面波，所述平面波垂直入射至标准平面反射镜后原路返回；所述的标准球面反射镜与待测长焦大离轴量离轴抛物面镜组成偏轴两镜系统，且所述发散镜头虚焦点和偏轴两镜系统的像点重合。结合三级像差理论，中心视场的细平行光束在焦点F处消像散、球差以及彗差的前提下，可以求解出：标准球面反射镜半径R2、离轴抛物面几何中心到标准球面几何中心的距离d1、标准球面反射镜中心至所述偏轴两镜系统的像点之间的距离d2、标准平面反射镜法线与离轴抛物面反射镜几何中心法线之间的夹角θ1、从标准球面反射镜几何中心射向离轴抛物面反射镜的主光线与标准球面反射镜几何中心法线之间的夹角θ2。这样，当离轴抛物镜的焦距f和离轴量H给定时，偏轴两镜系统的初始结构就可以求解出光路初始结构，输入专业的光学设计软件优化就可以得到离轴抛物镜的偏轴两镜系统检验方案。由于该方案中选用了发散镜头，且将发散镜头虚焦点和偏轴两镜系统的像点重合，有效的缩短了光路长度；再配合标准球面反射镜、标准平面反射镜进一步缩短光路长度且压缩了光路宽度；此外该技术方案使得CCD的像元得到有效利用，增大了被检测工件的检测分辨率。优选的：所述的调整架为多维调整架，所述的标准球面反射镜以及所述的标准平面反射镜表面镀有増反膜。这样增反膜可以有效减少多次反射时检测光能量损失，提高条纹对比度。基于上述检测长焦大离轴量离轴抛物面镜的光学系统，还提供一种长焦大离轴量离轴抛物面镜的制造方法，根据长焦大离轴量离轴抛物面镜的技术参数计算出最佳起始球面的曲率半径；制作镜坯，做出最佳起始球面；研磨阶段中，根据三坐标测试得到的表面误差分布，将最佳起始球面研磨成所述的长焦大离轴量离轴抛物面镜；抛光阶段中，用上述的检测长焦大离轴量离轴抛物面镜的光学系统获得表面误差分布。经过若干个抛光、干涉检测循环，表面误差收敛至期望值。优选的，一种长焦大离轴量离轴抛物面镜的制造方法，在抛光的粗抛阶段：用刀口仪进行阴影检验；由平行光管提供大口径平行光束，平行光束和待测长焦大离轴量离轴抛物面镜母抛物面的光轴平行，平行光束经待测长焦大离轴量离轴抛物面镜反射后会聚在该抛物面的焦点F，在所述焦点F处的焦平面上用两维刀口对待测长焦大离轴量离轴抛物面镜的会聚波前进行阴影检验。具体的工艺步骤如下：步骤一，根据技术参数求解长焦大离轴量离轴抛物面镜的最佳起始球面的曲率半径；步骤二，加工检验用标准球面反射镜；制作镜坯，做出最佳起始球面；加工一个方形金属镜框，将镜坯装入并封闭缝隙；在镜框一侧的中间及镜坯的对应位置分别作出标记；步骤三，使用三坐标测量机测量获取长焦大离轴量离轴抛物面镜的表面误差分布，在镜面上标记出高低带；步骤四，使用研磨工艺对长焦大离轴量离轴抛物面镜研磨；步骤五，重复检测研磨，直到长焦大离轴量离轴抛物面镜的表面误差PV值小于所述三坐标测量机的测量精度；步骤六，在抛光的粗抛阶段，用刀口仪进行阴影检验；竖起方镜框，使待测长焦大离轴量离轴抛物面镜朝向检验用平行光管，调好检测光路，观察待测长焦大离轴量离轴抛物面镜上阴影图分布，将所述的阴影图分布与三坐标测量结果比对，根据阴影图分布规划加工区域；步骤七，使用长焦大离轴量离轴抛物面镜的干涉检测方法获取表面误差分布。将所述的阴影图分布与三坐标测量结果比对既可以辅助对刀口仪进行阴影检验光路的装调，又可以佐证刀口仪进行阴影检验结果的准确性，便捷的判断亮区和暗区对应的高低情况。附图说明图1：离轴抛物面反射镜框示意图；图2：离轴抛物面最接近球面反射镜装框示意图；图3：离轴抛物面反射镜刀口阴影检验光路图；图4：离轴抛物面反射镜干涉检验光路一示意图；图5：离轴抛物面反射镜干涉检验光路二示意图；图6：长焦大离轴量离轴抛物面镜干涉检验光路图；图7：偏轴两镜系统检验焦距f=18m、离轴量H=9m离轴抛物面反射镜光路图；图8：偏轴两镜系统检验焦距f=18m、离轴量H=9m离轴抛物面剩余波差分布图；其中：1-离轴抛物面反射镜，2-扁平直尺，3-平行光管，4-二维刀口，5-激光干涉仪，6-标准球面反射镜，7-标准平面反射镜，8-发散镜头，9-离轴抛物面反射镜几何中心法线，10-标准球面反射镜几何中心法线；H-离轴抛物面的离轴量，f-离轴抛物面的焦距，F-离轴抛物面的焦点位置，d1-离轴抛物面几何中心到标准球面几何中心的距离，θ1-标准平面反射镜法线与离轴抛物面反射镜几何中心法线之间的夹角，θ2-从标准球面反射镜几何中心射向离轴抛物面反射镜的主光线与标准球面反射镜几何中心法线之间的夹角。具体实施方式为了更清楚地说明专利技术，下面结合附图及实施例作进一步描述：实施例一：以口径为D1=Ф400mm，厚度60mm，后焦距f=18m、离轴量H=9m的离轴抛物面反射镜为例，一种检测长焦大离轴量离轴抛物面镜的光学系统，如图6所示，沿着干涉仪5发出的光波传播方向依次排布有：发散镜头8、标准球面反射镜6、调整本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种检测长焦大离轴量离轴抛物面镜的光学系统，其特征在于：该光学系统包括沿着干涉仪发出的光波传播方向依次排布的：发散镜头、标准球面反射镜、用于放置待测长焦大离轴量离轴抛物面镜的调整架、标准平面反射镜；所述的发散镜头将干涉仪发出的光波调制成发散的球面波，发散的球面波经标准球面反射镜反射入射至待测长焦大离轴量离轴抛物面镜，经待测长焦大离轴量离轴抛物面镜反射后的光波为平面波，所述平面波垂直入射至标准平面反射镜后原路返回；所述的标准球面反射镜与待测长焦大离轴量离轴抛物面镜组成偏轴两镜系统，且所述发散镜头虚焦点和偏轴两镜系统的像点重合。

【技术特征摘要】
1.一种检测长焦大离轴量离轴抛物面镜的光学系统，其特征在于：该光学系统包括沿着干涉仪发出的光波传播方向依次排布的：发散镜头、标准球面反射镜、用于放置待测长焦大离轴量离轴抛物面镜的调整架、标准平面反射镜；所述的发散镜头将干涉仪发出的光波调制成发散的球面波，发散的球面波经标准球面反射镜反射入射至待测长焦大离轴量离轴抛物面镜，经待测长焦大离轴量离轴抛物...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡建军，潘君骅，钱煜，王伟，
申请(专利权)人：苏州如期光电科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32