大口径快焦比凸双曲面拼接检测方法研究3-中国科学院南京天文光学.PDF

Vol. 6　No2 天 　文 　研 　究 　与 　技 　术 第 6卷 　第 2 期 Jun. , 2009 A STRONOM ICAL RESEARCH TECHNOLO GY 2009年 6月 CN 53 - 1189 / P　ISSN 1672 - 7673 大口径快焦比凸双曲面拼接检测方法研究 曾　晶1, 2 , 李新南1 ( 1. 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所 , 南京 2 10042; 2. 中国科学院研究生院 , 北京 100049) 摘要 : 分析比较了几种常用的检测大口径凸非球面镜的方法 。在此基础上 , 针对经典的 H indle法检测大 口径快焦 比凸双 曲面时所需的标准球面镜 口径过大的问题 , 提出用两套 H indle光路配合检验的方法 , 用其中一套光路检测被检镜的中心区域 , 用另一套光路检测其 边缘区域 , 两套光路采用的标准球面镜对口径的需求明显变小 。根据两次检测的结果 , 通过 算法实现数据 “拼接 ”, 从而得到被检面的整个面形信息 。 关键词 : 光学检测 ; 大口径凸双曲面 ; H indle检验法 ; 拼接算法 中图分类号 : TN 247 　　文献标识码 : A 　　文章编号 : 1672 - 7673 (2009) 02 - 0 154 - 07 近年来 , 大口径快焦比的反射式非球面镜被越来越多地应用于现代大型望远镜的光学系统 。由此 触发的光学加工和检测技术环节中 , 凸双曲面镜的检验是其中的一个焦点 。因为大多数反射式两镜系 统都采用凸双曲面作为副镜 , 而且凸双曲面镜不象凹双曲面镜那样靠 自身可以形成一个实的汇聚点 , 比较方便地用来进行光学检验 。目前 , 大口径凸双曲面检测所采用的方法主要有以下几种 : 摆臂式轮廓扫描 ( Sw ing arm p rofilom eter) 法 [ 1 ] : 最早 由美 国 A rizona 大学光学 中心的 D avid S. A nderson等人提出 , 在 A rizona 大学光学中心和镜面实验室等加工场所广泛应用 , 测量精度可达 50nm 。因为属于接触式测量 , 主要用于细磨阶段 。 全息方法检验 [ 2 ] : A rizona大学 Steward天文台镜面实验室发展了这种移相式全息检验法 。全息检 验利用在标准面和被检波面之间的干渉来决定非球面表面的面形误差 , 标准面做在一块与副镜尺寸相 近的弯月形全息板的凹球面上 , 镀铬后刻制成反射光栅 。来自标准面的衍射光形成参考光 , 来自副镜 上的反射光形成被检验光 。全息板被一束沿着副镜法线方向传递的光照明 , 一部分光透过并被副镜反 射按原路返回形成检验波前 ; 另一部分由凹球面环带图案衍射而形成参考波前 , 全息光栅的设计使得 由此衍射形成的 - 1级参考波前与理想的被检波前光路相吻合 。此方法需要有大型激光直写设备来制 作光栅 , 国内目前无此类设备 , 可操作性稍差 。 工艺球面补偿方法 [ 3 ] : 这个方案将被检验镜的背面做成工艺球面 , 把凸非球面各带的法线当作 从介质内部射向工艺球面的一束具有球差的轴上光束 , 然后用工艺球面抵消该光束的球差 , 解出这个 工艺球面的参数 。该方法只对相对口径比较小的镜面有效 , 而且 , 检验光束两次经过镜坯内部 ,