本發(fā)明涉及一種折反光學(xué)系統(tǒng)的次鏡裝調(diào)方法，屬于光機(jī)裝調(diào)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、隨著光學(xué)設(shè)計(jì)能力以及光學(xué)元件加工技術(shù)的飛速發(fā)展，對光學(xué)系統(tǒng)的要求越來越高甚至已經(jīng)提升到衍射限成像，這就對光學(xué)系統(tǒng)的裝調(diào)提出了更高的要求，裝調(diào)誤差已經(jīng)達(dá)到微米量級。而傳統(tǒng)裝調(diào)方法存在盲目性大、精度低的問題，已不再使用，因此需要借助于光學(xué)系統(tǒng)波前測量的方式來實(shí)現(xiàn)高精度裝調(diào)。

2、折反光學(xué)作為一種常見的光學(xué)系統(tǒng)，能夠以簡單的結(jié)構(gòu)形式實(shí)現(xiàn)大口徑光學(xué)系統(tǒng)的多種功能,同時(shí)對于一些雜散光要求高、總長有限的光學(xué)系統(tǒng)，折反光學(xué)結(jié)構(gòu)形式是一種合適的選擇。折反光學(xué)系統(tǒng)一般由主反射鏡、次反射鏡以及后續(xù)透鏡組組成，其中次反射鏡裝調(diào)精度要求一般較高。

3、折反光學(xué)系統(tǒng)為了補(bǔ)償后續(xù)透鏡組的球差,由主次鏡形成的卡式系統(tǒng)一般需要保留剩余球差,因此不能完善成像,導(dǎo)致其無法使用干涉儀測量波前來指導(dǎo)次鏡裝調(diào)。

4、目前現(xiàn)有技術(shù)中的卡式系統(tǒng)的裝調(diào)方法主要針對于主次鏡能夠完美成像的光學(xué)系統(tǒng)，而很少提及單獨(dú)裝調(diào)主次鏡的方式。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有裝調(diào)方法主要針對于主次鏡能夠完美成像的光學(xué)系統(tǒng)，無法處理殘余像差較大的折反主次鏡光學(xué)系統(tǒng)，通過設(shè)計(jì)補(bǔ)償透鏡以提供一種零位補(bǔ)償檢測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)折反光學(xué)系統(tǒng)主次鏡的高精度裝調(diào)。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于零位補(bǔ)償法的折反光學(xué)系統(tǒng)次鏡裝調(diào)方法，包括：

3、安裝主鏡，對主鏡內(nèi)孔平面與干涉儀參考面分別反射的光線所形成的干涉條紋進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)至零條紋狀態(tài)以消除主鏡與干涉儀的相對傾斜；

4、安裝補(bǔ)償透鏡，對補(bǔ)償透鏡內(nèi)孔平面與干涉儀參考面分別反射的光線所形成的干涉條紋進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)至零條紋狀態(tài)以消除補(bǔ)償透鏡與干涉儀的相對傾斜；

5、安裝次鏡，通過干涉儀檢測得到由補(bǔ)償透鏡、主鏡、次鏡、輔助球面鏡所形成的零位檢測系統(tǒng)的波前信息，利用該波前信息實(shí)現(xiàn)折反光學(xué)系統(tǒng)次鏡的裝調(diào)。

6、所述補(bǔ)償透鏡，設(shè)計(jì)過程為：

7、平行光入射進(jìn)來經(jīng)過補(bǔ)償鏡后，再經(jīng)由待裝調(diào)折反光學(xué)系統(tǒng)的主次鏡反射后聚焦，優(yōu)化補(bǔ)償鏡的曲率、厚度，保證聚焦的光點(diǎn)波前像差的rms值小于0.01λ，其中λ表示入射光波長。

8、干涉儀發(fā)射的平行光經(jīng)補(bǔ)償鏡、主鏡、次鏡、輔助球面鏡后，形成干涉零位檢測系統(tǒng)，在補(bǔ)償透鏡前表面的中心不參與成像的區(qū)域加工平面，即補(bǔ)償透鏡內(nèi)孔平面，用于確定補(bǔ)償透鏡與干涉儀的相對位置。

9、采用單點(diǎn)金剛石超精密車床一體化共基準(zhǔn)加工主鏡及輔助球面鏡。

10、一體化共基準(zhǔn)加工后，保證主鏡與輔助球面鏡的相對偏心在5μm以內(nèi)，相對傾斜在30″以內(nèi)。

11、采用單點(diǎn)金剛石超精密車床在主鏡內(nèi)孔周圍不參與成像區(qū)域一體化共基準(zhǔn)加工平面，即主鏡內(nèi)孔平面。

12、所述主鏡內(nèi)孔平面與主鏡光軸垂直，作為調(diào)節(jié)主鏡光軸與干涉儀光軸的參考。

13、所述利用該波前信息實(shí)現(xiàn)折反光學(xué)系統(tǒng)次鏡的裝調(diào)，包括：當(dāng)次鏡不處于理想位置時(shí)，波前信息會(huì)存在包括彗差、像散在內(nèi)的初級像差；利用靈敏度矩陣法，在裝調(diào)前，建立次鏡的位姿誤差與各初級像差的數(shù)學(xué)關(guān)系；實(shí)際裝調(diào)時(shí)，通過實(shí)際測量得到的光學(xué)系統(tǒng)初級像差，利用得到的數(shù)學(xué)關(guān)系反算次鏡各個(gè)位置誤差，完成次鏡的裝調(diào)。

14、所述次鏡反射面包括平面、球面和非球面。

15、所述補(bǔ)償透鏡及輔助球面鏡的加工公差根據(jù)待裝調(diào)光學(xué)系統(tǒng)要求進(jìn)行確定。

16、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

17、1、目前現(xiàn)有技術(shù)中的卡式系統(tǒng)的裝調(diào)方法主要針對于主次鏡能夠完美成像的光學(xué)系統(tǒng)，本發(fā)明通過設(shè)計(jì)補(bǔ)償透鏡實(shí)現(xiàn)主次鏡不能完美成像的折反光學(xué)系統(tǒng)的主次鏡高精度裝調(diào)。

18、2、通過一體化加工主鏡及輔助球面鏡，實(shí)現(xiàn)了主鏡以及輔助球面鏡的高精度定位，避免由于輔助球面鏡位置誤差導(dǎo)致最終的次鏡裝調(diào)誤差偏大的問題，同時(shí)避免了輔助球面鏡調(diào)節(jié)定位問題。

19、3、采用在光學(xué)元件不參與成像區(qū)域，一體化輔助加工平面，實(shí)現(xiàn)光學(xué)元件與干涉儀的對準(zhǔn)，如在主鏡內(nèi)孔周圍不參與成像區(qū)域一次性加工平面，能夠快速高精度定位主鏡與干涉儀的相位位置，在補(bǔ)償透鏡不參與成像區(qū)域加工平面實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償透鏡與干涉儀的對準(zhǔn)。快速且精準(zhǔn)的對準(zhǔn)，確保了最終次鏡的裝調(diào)精度。

20、4、針對一些次鏡裝調(diào)公差較緊的折反光學(xué)系統(tǒng)，本發(fā)明能夠很好指導(dǎo)該系統(tǒng)的裝調(diào)，提升最終的成像質(zhì)量。

技術(shù)特征：

1.一種基于零位補(bǔ)償法的折反光學(xué)系統(tǒng)次鏡裝調(diào)方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于零位補(bǔ)償法的折反光學(xué)系統(tǒng)次鏡裝調(diào)方法，其特征在于，所述補(bǔ)償透鏡，設(shè)計(jì)過程為：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于零位補(bǔ)償法的折反光學(xué)系統(tǒng)次鏡裝調(diào)方法，其特征在于，干涉儀發(fā)射的平行光經(jīng)補(bǔ)償鏡、主鏡、次鏡、輔助球面鏡后，形成干涉零位檢測系統(tǒng)，在補(bǔ)償透鏡前表面的中心不參與成像的區(qū)域加工平面，即補(bǔ)償透鏡內(nèi)孔平面，用于確定補(bǔ)償透鏡與干涉儀的相對位置。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于零位補(bǔ)償法的折反光學(xué)系統(tǒng)次鏡裝調(diào)方法，其特征在于，采用單點(diǎn)金剛石超精密車床一體化共基準(zhǔn)加工主鏡及輔助球面鏡。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于零位補(bǔ)償法的折反光學(xué)系統(tǒng)次鏡裝調(diào)方法，其特征在于，一體化共基準(zhǔn)加工后，保證主鏡與輔助球面鏡的相對偏心在5μm以內(nèi)，相對傾斜在30″以內(nèi)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于零位補(bǔ)償法的折反光學(xué)系統(tǒng)次鏡裝調(diào)方法，其特征在于，采用單點(diǎn)金剛石超精密車床在主鏡內(nèi)孔周圍不參與成像區(qū)域一體化共基準(zhǔn)加工平面，即主鏡內(nèi)孔平面。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于零位補(bǔ)償法的折反光學(xué)系統(tǒng)次鏡裝調(diào)方法，其特征在于，所述主鏡內(nèi)孔平面與主鏡光軸垂直，作為調(diào)節(jié)主鏡光軸與干涉儀光軸的參考。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于零位補(bǔ)償法的折反光學(xué)系統(tǒng)次鏡裝調(diào)方法，其特征在于，所述利用該波前信息實(shí)現(xiàn)折反光學(xué)系統(tǒng)次鏡的裝調(diào)，包括：當(dāng)次鏡不處于理想位置時(shí)，波前信息會(huì)存在包括彗差、像散在內(nèi)的初級像差；利用靈敏度矩陣法，在裝調(diào)前，建立次鏡的位姿誤差與各初級像差的數(shù)學(xué)關(guān)系；實(shí)際裝調(diào)時(shí)，通過實(shí)際測量得到的光學(xué)系統(tǒng)初級像差，利用得到的數(shù)學(xué)關(guān)系反算次鏡各個(gè)位置誤差，完成次鏡的裝調(diào)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一所述的一種基于零位補(bǔ)償法的折反光學(xué)系統(tǒng)次鏡裝調(diào)方法，其特征在于，所述次鏡反射面包括平面、球面和非球面。

10.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一所述的一種基于零位補(bǔ)償法的折反光學(xué)系統(tǒng)次鏡裝調(diào)方法，其特征在于，所述補(bǔ)償透鏡及輔助球面鏡的加工公差根據(jù)待裝調(diào)光學(xué)系統(tǒng)要求進(jìn)行確定。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于零位補(bǔ)償法的折反光學(xué)系統(tǒng)次鏡裝調(diào)方法，安裝主鏡，對主鏡內(nèi)孔平面與干涉儀參考面分別反射的光線所形成的干涉條紋進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)至零條紋狀態(tài)以消除主鏡與干涉儀的相對傾斜；安裝補(bǔ)償透鏡，對補(bǔ)償透鏡內(nèi)孔平面與干涉儀參考面分別反射的光線所形成的干涉條紋進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)至零條紋狀態(tài)以消除補(bǔ)償透鏡與干涉儀的相對傾斜；安裝次鏡，通過干涉儀檢測得到由補(bǔ)償透鏡、主鏡、次鏡、輔助球面鏡所形成的零位檢測系統(tǒng)的波前信息，利用該波前信息實(shí)現(xiàn)折反光學(xué)系統(tǒng)次鏡的裝調(diào)。本發(fā)明采用設(shè)計(jì)補(bǔ)償透鏡的方式，以及一體化加工主鏡及輔助球面鏡，避免由于輔助球面鏡安裝誤差導(dǎo)致的裝調(diào)誤差，極大提高了折反光學(xué)系統(tǒng)的次鏡裝調(diào)精度。

技術(shù)研發(fā)人員：陳楠,楊俊,李琪,仇榮生,楊俊彥
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海航天控制技術(shù)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10