[发明专利]大型光学镜面子孔径拼接工作站

说明书

技术领域

本发明属于光学测试技术领域，主要涉及一种能够实现大型光学镜面子孔径拼接测量的子孔径拼接工作站。

背景技术

随着空间光学技术的发展，大型光学镜面的应用越来越广泛，其口径和相对孔径在逐渐增大，并且大型凸非球面镜在空间成像光学系统中的应用也越来越多。如美国航空航天局(NASA)计划于2015年发射的TPF-C(Terrestrial Planet Finder Coronagraph)望远镜用于探测太阳系外类地行星，工作在可见光波段(波长0.5～0.8μm)，为了保证成像质量，对望远镜光学系统的制造误差提出了非常高的要求。主镜为8m×3.5m离轴双曲面凹镜，二次常数-1.0018878，顶点曲率半径26750.5mm(相对孔径约1∶1.67)，其次镜为离轴双曲面凸镜，椭圆形口径(890mm×425mm)。NASA计划于2011年发射的JWST望远镜用于研究银河系等的起源和演变，工作在红外波段(波长0.6～28μm)。主镜由18块分块镜组成，口径6.5m，顶点曲率半径15899.915mm(相对孔径约1∶1.22)，次镜为双曲面凸镜，口径为740mm。

光学镜面的面形误差测量通常采用波面干涉仪测量，但是对于大相对孔径非球面镜，波面干涉仪是不能直接用来测量的，需要借助补偿器进行像差补偿，补偿器本身存在制造和检测上的难题，引入了额外的成本，且测量横向分辨率不高；另一方面利用波面干涉仪测量凸非球面镜时(例如凸双曲面)，需要一个口径与被测镜相当或更大的球面镜，这在测量大型光学镜面时遇到了困难。为此，人们提出了子孔径拼接测试方法。美国QED公司在“An automated subaperturestitching interferometer workstation for spherical and asphe-rical surfaces”，P.E.Murphy，and G.W.Forbes，Proc.SPIE，Vol.5188，296-307，2003和美国专利“US 6956657B2”中提出一种平面、球面和适度非球面镜面形误差检测的子孔径拼接干涉仪工作站，测量时将被测镜划分为若干适合干涉仪测量的子孔径，用这些子孔径覆盖整个被测镜，并且各个子孔径之间稍有重叠。通过6轴运动平台调整被测非球面镜或干涉仪，对子孔径进行零位干涉检测，然后采用拼接算法得到全口径的检测结果，算法主要补偿了干涉仪成像畸变误差、参考波面误差以及子孔径之间的倾斜、离焦误差。算法不需迭代，由硬件精度保证可靠性。这种方法主要用于200mm口径以下的平面、球面和非球面镜检测，对于大型光学镜面，在测量过程中被测镜是不宜运动的，并且运动调整平台的行程增大，而精度要求不变，在光路和结构上都需要重新设计。

侯溪等在中国专利申请号“20051011681 9.5”“一种大口径深型非球面镜检测系统”的实施方案中提出利用部分补偿器进行环带子孔径拼接测量，可以解决大口径深型非球面镜所需环带子孔径数目多的问题。但是该法只能增大垂直测量范围，并且不适用于凸非球面镜。

李圣怡等在中国专利申请号“200710034359.0”“大口径大相对孔径非球面镜中高频误差检测装置与方法”中提出了一种非球面镜中高频误差检测装置与方法，采用五轴运动调整平台实现被测非球面镜上部分区域的干涉测量，采用区域数据拼接算法，补偿测量过程中的六自由度位姿误差、最佳拟合球半径误差以及干涉仪成像的横向比例误差。其中波面干涉仪通过调焦平台实现调焦运动，利用偏摆反射镜将水平测量光路偏摆为竖直方向，被测非球面镜通过三维运动调整平台(两维直线运动和一个绕对称轴的回转运动)实现镜面上不同区域的测量。该装置的主要缺点是偏摆反射镜增加了测量对准难度，引入了测量误差；光路不够灵活，受结构限制，只适用于较小范围的一类非球面镜；另外被测非球面镜参与多个运动调整，不利于保证大型镜面测量的精度和稳定性。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的技术所存在的部分问题，提供一种大型光学镜面子孔径拼接工作站，它是一种高精度、高效率和经济型的大型光学镜面的测量装置。

为实现上述目的，本发明提出的大型光学镜面子孔径拼接工作站包括防震底座，防震底座上安装有干涉仪五维运动调整平台和位于干涉仪五维运动调整平台前方的被测镜两维倾斜调整平台，干涉仪五维运动调整平台上装设有光学干涉仪，光学干涉仪连接有内装测量数据处理算法程序的主控计算机，干涉仪五维运动调整平台与数控系统连接。

所述的干涉仪五维运动调整平台由三个直线运动轴即X轴、Y轴、Z轴和两个转动轴即B轴和C轴组成。