專利名稱：一種折反式逆補償器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于標定非球面零檢測補償器的折反式逆補償器，它主要用于非球面零檢測補償器的標校。
背景技術(shù)：
非球面在光學(xué)中占有重要的地位，在絕大多數(shù)大型光學(xué)系統(tǒng)中，其主鏡均為非球面，特別是二次非球面。但到目前為止，制造非球面要比制造球面困難得多，其中重要的原因便是非球面的檢測要比球面難得多。大口徑非球面鏡的檢驗?zāi)壳暗闹饕侄伪闶橇銠z測補償器，其中具有代表性的零檢測補償器是Offner補償器。因為此方法檢測精度高，而且補償器的直徑比被檢非球面鏡的直徑小的多，因此得越來越廣泛地應(yīng)用。Offner補償器屬于法線像差補償，這種補償器由補償鏡和場鏡兩個正透鏡組成。補償鏡幾乎全部補償非球面產(chǎn)生的球差，場鏡則把補償鏡成像在非球面上。光源發(fā)出的光通過補償鏡和場鏡到達非球面，所有光線都沿法線入射到被檢非球面上。這種補償法的實質(zhì)是借助補償器把平面或球面波轉(zhuǎn)換為非球面波并與被檢非球面的理論形狀重合。由補償器出射的波前，可以看作是疊在被檢非球面上的玻璃樣板。 實質(zhì)上，被檢非球面對于補償器所產(chǎn)生的參考波前偏差被放大到兩倍傳遞給由補償器返回的波前，這與玻璃樣板法完全一樣。因此，Offner補償法可以理解為借助口徑不大的補償器，產(chǎn)生巨大口徑的無接觸玻璃樣板，同時保持玻璃樣板法的基本優(yōu)點。該技術(shù)的特色是， 一塊在非球面頂點曲率中心附近的場鏡將非球面投影在補償鏡上，這樣可以大大降低殘余像差，參見“A Null Corrector for Paraboloidal Mirrors，，Abe Offner. Applied Optics Vol.2 No. 2。然而，這類零檢測補償器存在多方面的缺陷第一，Offner補償器視場很小，只有約零點幾毫米，這樣在實際大口徑非球面鏡檢驗過程中光路共軸性要求非常高。然而，大型非球面主鏡的檢驗光路往往達到十幾米，甚至更長，滿足共軸性要求存在很大難度。第二，Offner補償器裝配相當困難。例如，檢測01800mm(F/l. 5)拋物面主鏡的 Offner補償器，各鏡面的間隔要求5微米左右，偏心誤差在7秒左右。這樣的裝配要求幾乎達到了工程極限，任何一點疏忽將導(dǎo)致嚴重的系統(tǒng)誤差。大口徑非球面主鏡補償檢驗的數(shù)據(jù)，直接指導(dǎo)主鏡的加工，它的正確與否直接決定了主鏡最終的加工結(jié)果。由于補償器所需補償?shù)那虿钆c主鏡口徑的一次方和相對口徑的三次方成正比。因此，就補償器自身而言是一個大球差系統(tǒng)，特別是對于大口徑高陡度主鏡，更是如此。這也決定了補償器對誤差很敏感，微小的差錯和疏忽都將導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。歷史上就出現(xiàn)了由于補償器的問題而產(chǎn)生的重大事故。因此，如何實現(xiàn)補償器的高精度標校，提高補償器的可靠性，杜絕類似事故的出現(xiàn)，已成為大口徑非球面主鏡加工的首要任務(wù)之一?，F(xiàn)有的補償方法主要是依靠計算全息技術(shù)。計算全息圖(Computer-generated holograms,簡稱CGH)，是1971年由美國科學(xué)家A. J. Macgovern和J. C. Wyant在光學(xué)全息法的基礎(chǔ)上提出的。其實質(zhì)是利用計算機來綜合的全息圖，它不需要物體的實際存在，而是把物波的數(shù)學(xué)描述輸入計算機后，控制制作設(shè)備加工完成全息圖。用CGH標定補償器，就是利用CGH的衍射波面模擬主鏡的反射波面，這樣就可以在近距離、小口徑的情況下，完全模擬理想的大口徑非球面主鏡反射波面；然后利用大規(guī)模集成電路設(shè)備，制作出衍射全息片。 但是，CGH制作過程有很多誤差源，如CGH的基板面形、臺階刻蝕深度、以及刻線的位置誤差等均會使標定精度造成很大影響。特別是刻線位置誤差對CGH的衍射波面精度影響較大， 但目前還不能通過直接測量刻線位置和半徑，來準確的確定刻線的位置誤差，因此制作出來的全息片精度是不確定的。用其標定補償器存在很大的風險。全息片不同的衍射級次同樣會給檢測造成不利影響，會形成對檢測不利的額外干涉噪聲，對比度較差。隨著非球面主鏡口徑的增大及相對口徑的增加，非球面的非球面度迅速增加，全息片要模擬主鏡的反射波面需要刻蝕的線條寬度非常小，現(xiàn)有設(shè)備保證足夠的刻蝕精度面臨重大挑戰(zhàn)。因此，總體來說，目前對非球面補償器的標定手段存在很大的技術(shù)風險。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決技術(shù)問題是相對現(xiàn)有非球面補償器標定手段CGH精度不確定、對比度差、制作困難等不足，本發(fā)明的目的是提供一種具有制作成本低、主要誤差源可精測、 對比度好、加工簡單、用于標定非球面零檢測補償器的折反式逆補償器。為實現(xiàn)所述目的，本發(fā)明提供的折反式補償器解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)解決方案包括干涉儀、透鏡、負透鏡和反射球面鏡，其中在干涉儀和透鏡之間設(shè)置有被標定的非球面零檢測補償器；在反射球面鏡和透鏡之間設(shè)置有負透鏡，透鏡用于校正高級球差，負透鏡用于產(chǎn)生定量球差；光線兩次通過負透鏡和透鏡后，透鏡和透鏡產(chǎn)生的球差之和與非球面零檢測補償器的理論球差大小相等符號相反；干涉儀發(fā)出的單波長發(fā)散球面波，經(jīng)過非球面零檢測補償器后形成了發(fā)散球面波，該帶有球差的發(fā)散球面波依次通過透鏡、負透鏡到達反射球面鏡，光束經(jīng)過反射球面鏡反射后，第二次通過負透鏡和透鏡，并通過非球面零檢測補償器后到達干涉儀，通過干涉儀對非球面零檢測補償器的系統(tǒng)像差進行檢測。本發(fā)明的有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點，折反式逆補償器只包含三片光學(xué)元件，其中，負透鏡承擔了絕大部分的球差量，透鏡主要用來補償負透鏡尚未補償完的高級球差，反射球面鏡的作用是使光線沿原路返回。 整個折反式逆補償器制作成本低，加工較為簡單，常規(guī)的光學(xué)加工就可以實現(xiàn)所需的精度要求。各元件的折射率、均勻性、面形誤差、厚度誤差、裝配間隔誤差、偏心誤差等參數(shù)均可精密測量。因此，該折反式逆補償器的可靠性得以大大提高。該折反式逆補償器無不同級次干擾問題，其干涉條紋的對比度可近似達到100%。


圖1為本發(fā)明的折反式逆補償器；圖2為本發(fā)明各符號含義示意圖。圖中元件說明1為光源或干涉儀；2為非球面零檢測補償器；
2a為非球面零檢測補償器的第一片透鏡(靠近干涉儀的透鏡)；2b為非球面零檢測補償器的第二片透鏡；3為透鏡；3q為透鏡第一面；3h為透鏡第二面；4為負透鏡；4q為負透鏡第一面；4h為負透鏡第二面；5為反射球面鏡；
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及具體實施方式
詳細介紹本發(fā)明。如圖1示出本發(fā)明的折反式逆補償器，折反式逆補償器用于對非球面零檢測補償器進行標定，本發(fā)明的折反式逆補償器包括干涉儀1、透鏡3、負透鏡4和反射球面鏡5。其中，在干涉儀1和透鏡3之間設(shè)置有被標定的非球面零檢測補償器2 ；在反射球面鏡5和透鏡3之間設(shè)置有負透鏡4，透鏡3用于校正高級球差，負透鏡4用于產(chǎn)生定量球差；光線兩次通過負透鏡4和透鏡3后，透鏡4和透鏡3產(chǎn)生的球差之和與非球面零檢測補償器2的理論球差大小相等符號相反；干涉儀1發(fā)出的單波長發(fā)散球面波，經(jīng)過非球面零檢測補償器2 后形成了發(fā)散球面波，該帶有球差的發(fā)散球面波依次通過透鏡3、負透鏡4到達反射球面鏡 5，光束經(jīng)過反射球面鏡5反射后，第二次通過負透鏡4和透鏡3，并通過非球面零檢測補償器2后到達干涉儀1，通過干涉儀1對非球面零檢測補償器2的系統(tǒng)像差進行檢測。所述透鏡3的球差系數(shù)&滿足
權(quán)利要求
1.一種折反式逆補償器，其特征在于包括干涉儀、透鏡、負透鏡和反射球面鏡，其中 在干涉儀和透鏡之間設(shè)置有被標定的非球面零檢測補償器；在反射球面鏡和透鏡之間設(shè)置有負透鏡，透鏡用于校正高級球差，負透鏡用于產(chǎn)生定量球差；光線兩次通過負透鏡和透鏡后，透鏡和透鏡產(chǎn)生的球差之和與非球面零檢測補償器的理論球差大小相等符號相反；干涉儀發(fā)出的單波長發(fā)散球面波，經(jīng)過非球面零檢測補償器后形成了發(fā)散球面波，該帶有球差的發(fā)散球面波依次通過透鏡、負透鏡到達反射球面鏡，光束經(jīng)過反射球面鏡反射后，第二次通過負透鏡和透鏡，并通過非球面零檢測補償器后到達干涉儀，通過干涉儀對非球面零檢測補償器的系統(tǒng)像差進行檢測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折反式逆補償器，其特征在于透鏡的球差系數(shù)S2滿足
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折反式逆補償器，其特征在于所述負透鏡的球差系數(shù)&滿足
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折反式逆補償器，其特征在于光線通過透鏡、負透鏡后形成發(fā)散球面波。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折反式逆補償器，其特征在于所述的反射球面鏡的球心與光線通過透鏡、負透鏡后形成的發(fā)散球面波的球心重合。
全文摘要
本發(fā)明是一種折反式逆補償器，用于對非球面零檢測補償器進行標校，包括干涉儀、透鏡、負透鏡和反射球面鏡，在干涉儀和透鏡之間設(shè)置有待標定的非球面零檢測補償器；在反射球面鏡和透鏡之間設(shè)置有負透鏡，透鏡用于校正高級球差，負透鏡用于產(chǎn)生定量球差；光線兩次通過負透鏡和透鏡后，透鏡和透鏡產(chǎn)生的球差之和與非球面零檢測補償器的理論球差大小相等符號相反；干涉儀發(fā)出的單波長發(fā)散球面波經(jīng)過非球面零檢測補償器后形成了發(fā)散球面波，帶有球差的發(fā)散球面波依次通過透鏡、負透鏡到達反射球面鏡，光束經(jīng)過反射球面鏡反射后，第二次通過負透鏡和透鏡，并通過非球面零檢測補償器后到達干涉儀，通過干涉儀對非球面零檢測補償器的系統(tǒng)像差進行檢測。
文檔編號G01M11/02GK102393565SQ20111032419
公開日2012年3月28日 申請日期2011年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月21日
發(fā)明者吳永前, 張雨東 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所