[发明专利]大口径大偏离量非球面反射镜抛光过程中复合检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大口径大偏离量非球面反射镜抛光过程中复合检测方法，属于空间光学技术领域。 

背景技术

在光学系统中采用非球面光学元件，不仅可以降低系统的复杂程度，而且可以大幅度提高系统性能。因此，非球面光学元件是军用、民用高性能光学系统的核心元器件，在航空、航天遥感，天文观测、深空探测和光电跟踪仪器，光刻物镜，高性能照相(摄像)机镜头等诸多光电仪器领域具有广泛的应用。 

尤其在空间光学领域，由于离轴三反消像散非球面光学系统(TMA)具有组较少、大视场、长焦距、宽波段、调制传递函数高、抑制杂光能力强等优异特性，使得大口径非球面元件在空间遥感中得到了广泛应用。 

但随着空间光学技术的不断发展，人们对非球面反射镜的规格和要求越来越高，口径从原来的几百毫米拓宽至1-2m甚至好几米，面形精度从原来的RMS值1/50λ(λ＝632.8nm,为干涉仪工作波长)提升到1/100λ。而且为了光学系统具有很高的分辨率和很大的视场，有些非球面的偏离量(非球面与其最接近球面之间的偏差)很大，将会达到几十微米甚至几毫米量级。这就给非球面的加工和检测带来了很多的困难，尤其需要克服大口径大偏离量非球面检测的瓶颈，因为它是高精度非球面确定性加工的基础和依据。 

设计补偿透镜利用零位补偿法对非球面进行测量，仍是检测非球面反射镜面形最常用的方法之一。但是对于大口径大偏量的非球面，其在研磨完刚进入抛光阶段时，由于表面面形精度不是很高，加上偏离量很大，局部区域的面形误差已经超过了激光干涉仪的分辨能力，从而导致干涉条纹局部缺失，无法获得全口径的面形信息，如图1所示。 

发明内容

为了解决现有零位补偿检测技术中大口径大偏离量非球面反射镜出现干涉条纹局部缺失问题，本发明提出了一种大口径大偏离量非球面反射镜抛光过程 中复合检测方法。 

本发明解决技术问题的方案是，大口径大偏离量非球面反射镜抛光过程中复合检测方法，包括以下步骤： 

步骤一，设计并制作光学补偿器， 

根据待测大口径大偏离量非球面反射镜的光学参数设计并制作光学补偿器，使经过光学补偿器的波面与待测非球面反射镜吻合； 

步骤二，搭建并标定干涉零位补偿检测光路， 

依据光学补偿器设计方案对抛光后的非球面反射镜搭建零位补偿干涉光路，激光干涉仪、光学补偿器及非球面反射镜同轴放置，并利用激光跟踪仪对非球面反射镜几何参数进行测量和监测； 

其特征是，步骤三，组建并调整哈特曼-拼接检测光路， 

利用激光跟踪仪监测，保持原零位补偿测试光路不变，在原检测光路的激光干涉仪与光学补偿器之间安置半透半反镜，安装并调整哈特曼波前传感器，使其对准经非球面反射镜反射后经过半透半反镜再次反射的光束；若入射到哈特曼波前传感器的波前有畸变，则其CCD焦面上得到的光斑将偏离理想位置，形成不规则的光斑阵列，通过计算这些散乱光斑的质心位置偏离理想位置的大小并运用波前重构算法即可将入射波前重构出来，从而得到待测非球面反射镜的面形信息； 

步骤四，哈特曼-拼接检测， 

由于哈特曼波前传感器的通光孔径很小，其只能探测到大口径非球面反射镜的部分面形信息，通过移动和调整哈特曼波前传感器使其对准入射光束其他区域，从而可以测定大口径非球面反射镜其它区域的相位分布，通过子孔径拼接算法可以重构得到大口径大偏量非球面反射镜全口径的面形分布； 

步骤五，非球面多周期加工和哈特曼拼接检测， 

依据哈特曼-拼接检测结果，对大口径大偏离量非球面反射镜经过多个周期的加工，直至全口径拼接面形的PV值优于5λ； 

步骤六，组合检测与分析， 

当全口径拼接面形的PV值小于5λ时，利用干涉仪零位补偿测试光路对非球面进行全口径测量，这时非球面的面形误差已经较小，干涉仪能够分辨测试 到全口径的面形信息，并将全口径零位补偿检测结果与哈特曼-拼接测量结果进行对比和分析，当两种测试方法所得到的面形分布一致，且其PV值和RMS值的相对偏差都小于10％时，利用两种测试方法的综合分析结果指导非球面进行后续精抛光；若两种测试方法所得到的面形分布不一致，且其PV值和RMS值的相对偏差都大于10％，则需仔细精确测定和调整测试光路，并再次进行两种方法测试和比对，直至满足精度要求； 

步骤七，非球面多周期加工和组合测试，