[发明专利]一种基于可变形镜的准万能补偿镜及设计方法

权利要求书

1.一种基于可变形镜的准万能补偿镜系统，其特征在于：包括CCD探测器、成像物镜、准直激光、分光镜、参考镜、第一级补偿器、第二级补偿器、待测自由曲面；其中，第一级补偿器由透镜或透镜组组成，用于补偿低阶像差，第二级补偿器是可变形镜，用于补偿剩余高阶像差。

系统的光路为：准直激光经过参考镜，反射光形成参考光，透射光经第一级补偿器-第二级补偿器-待测自由曲面-第二级补偿器-第一级补偿器后第二次经过参考镜，与参考光形成干涉条纹，在1-CCD探测器处进行观测。

2.根据权利要求1所述的一种基于可变形镜的准万能补偿镜系统，其特征在于：第一级和第二级补偿器构成准万能补偿镜；第一级补偿器是由补偿透镜或透镜组构成，可以是单片镜，也可以是两片透镜组成的透镜组；第一级补偿器主要通过在轴的透镜或者透镜组产生具有旋转对称性的像差，通过调整第一级的离轴量和旋转角度，产生低阶的非对称性的像差用以补偿；第二级补偿器是一可变形镜，作为第二级补偿，用于修正剩余的高阶像差。

3.一种基于可变形镜的准万能补偿镜的设计方法，其特征在于：首先利用初级赛德尔像差公式计算被测自由曲面的低阶像差，采用像差匹配算法和近轴公式计算得到第一级补偿器的参数；之后建立折反式系统，利用可变形镜尽可能补偿剩余的高阶像差。

上述设计方法的具体步骤为：

步骤一、首先设计第一级补偿器，用于补偿自由曲面产生的初级像差。利用三级赛德尔像差公式计算，为了设计简单，这里只是利用第一项像差球差Ｓ_Ｉ表示：

Ｓ_Ｉ＝ΣhP+h⁴K，(1)

公式中，h是光线的入射高度，u是光线入射角，u’表示光线出射角，n和n’分别表示玻璃和空气的折射率，e为入射面的非球面系数，R₀为入射面的顶点曲率半径；测量过程中，光线两次经过部分补偿镜，只在自由曲面上反射一次，因此得到一个基本的像差设计关系式:

2S_PCL＋S_freeform＝0，(4)

S_PCL是第一级补偿器的球差，S_freeform是待测自由曲面产生的球差；

最后利用近轴光线公式：

就可以得到部分补偿镜的曲率半径r；

步骤二、第一级补偿器设计结束之后，进行第二级补偿器的设计

利用软件对测量系统进行建模，首先对初步设计的第一级补偿器进行优化，以得到一个最佳结果；之后引入可变形镜，将可变形镜的表面面型设为变量，由于一般可变形镜的变形能力有限，需要预先规定优化变量的变化范围，之后以建模系统像面的波前PV作为优化目标，对系统进行优化，得到像面干涉图最稀疏情况下的结果，记录可变形镜的表面形貌，此时的可变形镜即为设计的第二级补偿器。