[发明专利]一种检测大口径光学系统波前的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种大口径光学系统波前的检测装置，特别是一种检测大口径(≥1000mm)光学系统波前的装置。

背景技术

光学系统性能及其质量，可由光学系统波前像差值和其RMS值定量描述。因此光学系统装调时需要对其波前进行检测，传统光学系统波前检测方法采用自准直方法，该方法需要口径与被检光学系统口径相当的标准平面镜，当被检光学系统很大时(≥1000mm)，大口径标准平面镜制造周期长、成本高、调整困难且运输存在安全风险，因此传统自准直法不适用于检测大口径光学系统波前。

张维和曹益平等人提出了用夏克-哈特曼作为波前传感器，结合五棱镜扫描方法检测大口径光学系统波前(“一种大型望远镜波前检测方法”，张维，曹益平，强激光与粒子束，18卷2期205-209页，2006年)。由于该方法用五棱镜扫描检测被检光学系统波前斜率，再用算法拟合来得到光学系统波前，只能检测被检光学系统低频信息，高频信息丢失。

汪利华等提出了用干涉仪作为波前传感器，结合五棱镜扫描子孔径拼接方法检测大口径光学系统波前(“Sub-aperture stitching with scanning pentaprism testing optical wave-front”，Wang Lihua，Yang Wei，Li Lei，SPIE，VOl.7654，76540Y-1，2010)，该方法用五棱镜扫描检测大口径光学系统子孔径波前，再用拼接算法将子孔径波前拼接，来完成对光学系统波前检测。该方法保留了被检光学系统波前高频信息，但由于光学加工限制加工大口径(≥200mm)五棱镜成本高，精度难以控制，给检测过程中引入的像差除去复杂，影响了检测精度。

付跃刚等提出了用子孔径拼接的方法检测宽光束波前(“宽光束波前测量子孔径拼接方法研究”，付跃刚，刘志颖，张磊，李萍等，仪器与仪表学报，26卷8期增刊205-206页，2005年)，采用移动小口径干涉仪子孔径扫描采样，干涉仪为高精度、高灵敏性检测设备，对于大口径光学系统，子孔径数较多，频繁移动干涉仪调整困难，增加检测时间，同时移动干涉仪会引入误差从而降低检测精度。

中国专利申请号“200810030816.3”设计了一种检测大型光学镜面的子孔径拼接工作站，中国专利申请号“200510116819.5”设计了一种检测大口径抛物面镜检测系统。这两种专利的核心均是子孔径拼接检测方法，但他们所设计的工作站和检测系统均是针对大口径光学元件，而不能检测大口径光学系统。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有的检测大口径光学系统波前技术，成本高、机械结构复杂、调整困难、精度低且存在安全风险。提供一种成本低、结构简单、快速高精度能检测大口径光学系统波前的装置及方法。

为实现所述目的，本发明用于大口径光学系统波前装置的技术方案是：包括干涉仪、五维调整台、标准自准直平面镜、数控电动位移台、数控转台、计算机控制和数据处理系统和二维调整台，其中：干涉仪位于五维调整台上，大口径光学系统放置于干涉仪和标准自准直平面镜中间，干涉仪发出的光经大口径光学系统到达标准自准直平面镜，沿原光路返回干涉仪形成干涉，从而对大口径光学系统此处波前子孔径进行扫描采样；标准自准直平面镜安装在二维调整台上，二维调整台垂直安装在数控电动位移台上，在数控转台的径向安装数控电动位移台；数控转台和数控电动位移台控制标准自准直平面镜运动，二维调整架用于对标准自准直平面镜进行调整，使标准自准直平面镜与干涉仪和被检的大口径光光学系统组成的准直光路；计算机控制和数据处理系统的通讯接口分别与干涉仪的通讯接口、数控电动位移台的通讯接口和电动导轨的通讯接口连接，计算机控制和数据处理系统按照子孔径规划布局控制数控电动位移台和电动导轨，并使数控电动位移台和电动导轨按规划的路径运动；数控电动位移台带动标准自准直平面镜在径向移动，在径向对大口径光学系统的子孔径扫描采样；计算机控制和数据处理系统，用于控制干涉仪对子孔径数据采样，并根据子孔径拼接算法对子孔径数据进行拼接，得到大口径光学系统的波前子孔径。

本发明的原理是：将大口径光学系统波前划分成多个子孔径波前，由干涉仪和标准自准直平面镜检测大口径光学系统的子孔径波前，通过数控转台和数控电动位移台控制标准平面镜运动，对子孔径进行扫描，并由干涉仪检测记录子孔径波前，使检测的子孔径波前覆盖整个大口径光学系统，由计算机控制和数据处理系统通过子孔径拼接算法将子孔径波前拼接，得到大口径光学系统波前，完成对大口径光学系统波前的检测。