專(zhuān)利名稱：一種折反式逆補(bǔ)償器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于標(biāo)定非球面零檢測(cè)補(bǔ)償器的折反式逆補(bǔ)償器，它主要用于非球面零檢測(cè)補(bǔ)償器的標(biāo)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(cè)要比球面難得多。大口徑非球面鏡的檢驗(yàn)?zāi)壳暗闹饕侄伪闶橇銠z測(cè)補(bǔ)償器，其中具有代表性的零檢測(cè)補(bǔ)償器是Offner補(bǔ)償器。因?yàn)榇朔椒z測(cè)精度高，而且補(bǔ)償器的直徑比被檢非球面鏡的直徑小的多，因此得越來(lái)越廣泛地應(yīng)用。Offner補(bǔ)償器屬于法線像差補(bǔ)償，這種補(bǔ)償器由補(bǔ)償鏡和場(chǎng)鏡兩個(gè)正透鏡組成。補(bǔ)償鏡幾乎全部補(bǔ)償非球面產(chǎn)生的球差，場(chǎng)鏡則把補(bǔ)償鏡成像在非球面上。光源發(fā)出的光通過(guò)補(bǔ)償鏡和場(chǎng)鏡到達(dá)非球面，所有光線都沿法線入射到被檢非球面上。這種補(bǔ)償法的實(shí)質(zhì)是借助補(bǔ)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(bǔ)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(shí)質(zhì)上，被檢非球面對(duì)于補(bǔ)償器所產(chǎn)生的參考波前偏差被放大到兩倍傳遞給由補(bǔ)償器返回的波前，這與玻璃樣板法完全一樣。因此，Offner補(bǔ)償法可以理解為借助口徑不大的補(bǔ)償器，產(chǎn)生巨大口徑的無(wú)接觸玻璃樣板，同時(shí)保持玻璃樣板法的基本優(yōu)點(diǎn)。該技術(shù)的特色是， 一塊在非球面頂點(diǎn)曲率中心附近的場(chǎng)鏡將非球面投影在補(bǔ)償鏡上，這樣可以大大降低殘余像差，參見(jiàn)“A Null Corrector for Paraboloidal Mirrors，，Abe Offner. Applied Optics Vol.2 No. 2。然而，這類(lèi)零檢測(cè)補(bǔ)償器存在多方面的缺陷第一，Offner補(bǔ)償器視場(chǎng)很小，只有約零點(diǎn)幾毫米，這樣在實(shí)際大口徑非球面鏡檢驗(yàn)過(guò)程中光路共軸性要求非常高。然而，大型非球面主鏡的檢驗(yàn)光路往往達(dá)到十幾米，甚至更長(zhǎng)，滿足共軸性要求存在很大難度。第二，Offner補(bǔ)償器裝配相當(dāng)困難。例如，檢測(cè)01800mm(F/l. 5)拋物面主鏡的 Offner補(bǔ)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(dá)到了工程極限，任何一點(diǎn)疏忽將導(dǎo)致嚴(yán)重的系統(tǒng)誤差。大口徑非球面主鏡補(bǔ)償檢驗(yàn)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(bǔ)償器所需補(bǔ)償?shù)那虿钆c主鏡口徑的一次方和相對(duì)口徑的三次方成正比。因此，就補(bǔ)償器自身而言是一個(gè)大球差系統(tǒng)，特別是對(duì)于大口徑高陡度主鏡，更是如此。這也決定了補(bǔ)償器對(duì)誤差很敏感，微小的差錯(cuò)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(bǔ)償器的問(wèn)題而產(chǎn)生的重大事故。因此，如何實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償器的高精度標(biāo)校，提高補(bǔ)償器的可靠性，杜絕類(lèi)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(bǔ)償方法主要是依靠計(jì)算全息技術(shù)。計(jì)算全息圖(Computer-generated holograms,簡(jiǎn)稱CGH)，是1971年由美國(guó)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(shí)質(zhì)是利用計(jì)算機(jī)來(lái)綜合的全息圖，它不需要物體的實(shí)際存在，而是把物波的數(shù)學(xué)描述輸入計(jì)算機(jī)后，控制制作設(shè)備加工完成全息圖。用CGH標(biāo)定補(bǔ)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(guò)程有很多誤差源，如CGH的基板面形、臺(tái)階刻蝕深度、以及刻線的位置誤差等均會(huì)使標(biāo)定精度造成很大影響。特別是刻線位置誤差對(duì)CGH的衍射波面精度影響較大， 但目前還不能通過(guò)直接測(cè)量刻線位置和半徑，來(lái)準(zhǔn)確的確定刻線的位置誤差，因此制作出來(lái)的全息片精度是不確定的。用其標(biāo)定補(bǔ)償器存在很大的風(fēng)險(xiǎn)。全息片不同的衍射級(jí)次同樣會(huì)給檢測(cè)造成不利影響，會(huì)形成對(duì)檢測(cè)不利的額外干涉噪聲，對(duì)比度較差。隨著非球面主鏡口徑的增大及相對(duì)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(lái)說(shuō)，目前對(duì)非球面補(bǔ)償器的標(biāo)定手段存在很大的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決技術(shù)問(wèn)題是相對(duì)現(xiàn)有非球面補(bǔ)償器標(biāo)定手段CGH精度不確定、對(duì)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(cè)、 對(duì)比度好、加工簡(jiǎn)單、用于標(biāo)定非球面零檢測(cè)補(bǔ)償器的折反式逆補(bǔ)償器。為實(shí)現(xiàn)所述目的，本發(fā)明提供的折反式補(bǔ)償器解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)解決方案包括干涉儀、透鏡、負(fù)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(biāo)定的非球面零檢測(cè)補(bǔ)償器；在反射球面鏡和透鏡之間設(shè)置有負(fù)透鏡，透鏡用于校正高級(jí)球差，負(fù)透鏡用于產(chǎn)生定量球差；光線兩次通過(guò)負(fù)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(cè)補(bǔ)償器的理論球差大小相等符號(hào)相反；干涉儀發(fā)出的單波長(zhǎng)發(fā)散球面波，經(jīng)過(guò)非球面零檢測(cè)補(bǔ)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(guò)透鏡、負(fù)透鏡到達(dá)反射球面鏡，光束經(jīng)過(guò)反射球面鏡反射后，第二次通過(guò)負(fù)透鏡和透鏡，并通過(guò)非球面零檢測(cè)補(bǔ)償器后到達(dá)干涉儀，通過(guò)干涉儀對(duì)非球面零檢測(cè)補(bǔ)償器的系統(tǒng)像差進(jìn)行檢測(cè)。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(diǎn)，折反式逆補(bǔ)償器只包含三片光學(xué)元件，其中，負(fù)透鏡承擔(dān)了絕大部分的球差量，透鏡主要用來(lái)補(bǔ)償負(fù)透鏡尚未補(bǔ)償完的高級(jí)球差，反射球面鏡的作用是使光線沿原路返回。 整個(gè)折反式逆補(bǔ)償器制作成本低，加工較為簡(jiǎn)單，常規(guī)的光學(xué)加工就可以實(shí)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(cè)量。因此，該折反式逆補(bǔ)償器的可靠性得以大大提高。該折反式逆補(bǔ)償器無(wú)不同級(jí)次干擾問(wèn)題，其干涉條紋的對(duì)比度可近似達(dá)到100%。


圖1為本發(fā)明的折反式逆補(bǔ)償器；圖2為本發(fā)明各符號(hào)含義示意圖。圖中元件說(shuō)明1為光源或干涉儀；2為非球面零檢測(cè)補(bǔ)償器；
2a為非球面零檢測(cè)補(bǔ)償器的第一片透鏡(靠近干涉儀的透鏡)；2b為非球面零檢測(cè)補(bǔ)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(fù)透鏡；4q為負(fù)透鏡第一面；4h為負(fù)透鏡第二面；5為反射球面鏡；
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
詳細(xì)介紹本發(fā)明。如圖1示出本發(fā)明的折反式逆補(bǔ)償器，折反式逆補(bǔ)償器用于對(duì)非球面零檢測(cè)補(bǔ)償器進(jìn)行標(biāo)定，本發(fā)明的折反式逆補(bǔ)償器包括干涉儀1、透鏡3、負(fù)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(biāo)定的非球面零檢測(cè)補(bǔ)償器2 ；在反射球面鏡5和透鏡3之間設(shè)置有負(fù)透鏡4，透鏡3用于校正高級(jí)球差，負(fù)透鏡4用于產(chǎn)生定量球差；光線兩次通過(guò)負(fù)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(cè)補(bǔ)償器2的理論球差大小相等符號(hào)相反；干涉儀1發(fā)出的單波長(zhǎng)發(fā)散球面波，經(jīng)過(guò)非球面零檢測(cè)補(bǔ)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(guò)透鏡3、負(fù)透鏡4到達(dá)反射球面鏡 5，光束經(jīng)過(guò)反射球面鏡5反射后，第二次通過(guò)負(fù)透鏡4和透鏡3，并通過(guò)非球面零檢測(cè)補(bǔ)償器2后到達(dá)干涉儀1，通過(guò)干涉儀1對(duì)非球面零檢測(cè)補(bǔ)償器2的系統(tǒng)像差進(jìn)行檢測(cè)。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(bǔ)償器，其特征在于包括干涉儀、透鏡、負(fù)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(biāo)定的非球面零檢測(cè)補(bǔ)償器；在反射球面鏡和透鏡之間設(shè)置有負(fù)透鏡，透鏡用于校正高級(jí)球差，負(fù)透鏡用于產(chǎn)生定量球差；光線兩次通過(guò)負(fù)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(cè)補(bǔ)償器的理論球差大小相等符號(hào)相反；干涉儀發(fā)出的單波長(zhǎng)發(fā)散球面波，經(jīng)過(guò)非球面零檢測(cè)補(bǔ)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(guò)透鏡、負(fù)透鏡到達(dá)反射球面鏡，光束經(jīng)過(guò)反射球面鏡反射后，第二次通過(guò)負(fù)透鏡和透鏡，并通過(guò)非球面零檢測(cè)補(bǔ)償器后到達(dá)干涉儀，通過(guò)干涉儀對(duì)非球面零檢測(cè)補(bǔ)償器的系統(tǒng)像差進(jìn)行檢測(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折反式逆補(bǔ)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(bǔ)償器，其特征在于所述負(fù)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(bǔ)償器，其特征在于光線通過(guò)透鏡、負(fù)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(bǔ)償器，其特征在于所述的反射球面鏡的球心與光線通過(guò)透鏡、負(fù)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(bǔ)償器，用于對(duì)非球面零檢測(cè)補(bǔ)償器進(jìn)行標(biāo)校，包括干涉儀、透鏡、負(fù)透鏡和反射球面鏡，在干涉儀和透鏡之間設(shè)置有待標(biāo)定的非球面零檢測(cè)補(bǔ)償器；在反射球面鏡和透鏡之間設(shè)置有負(fù)透鏡，透鏡用于校正高級(jí)球差，負(fù)透鏡用于產(chǎn)生定量球差；光線兩次通過(guò)負(fù)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(cè)補(bǔ)償器的理論球差大小相等符號(hào)相反；干涉儀發(fā)出的單波長(zhǎng)發(fā)散球面波經(jīng)過(guò)非球面零檢測(cè)補(bǔ)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(guò)透鏡、負(fù)透鏡到達(dá)反射球面鏡，光束經(jīng)過(guò)反射球面鏡反射后，第二次通過(guò)負(fù)透鏡和透鏡，并通過(guò)非球面零檢測(cè)補(bǔ)償器后到達(dá)干涉儀，通過(guò)干涉儀對(duì)非球面零檢測(cè)補(bǔ)償器的系統(tǒng)像差進(jìn)行檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01M11/02GK102393565SQ20111032419
公開(kāi)日2012年3月28日 申請(qǐng)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?yáng)| 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所