一种基于零位补偿法的折反光学系统的次镜装调方法与流程

本发明涉及一种折反光学系统的次镜装调方法，属于光机装调领域。

背景技术：

1、随着光学设计能力以及光学元件加工技术的飞速发展，对光学系统的要求越来越高甚至已经提升到衍射限成像，这就对光学系统的装调提出了更高的要求，装调误差已经达到微米量级。而传统装调方法存在盲目性大、精度低的问题，已不再使用，因此需要借助于光学系统波前测量的方式来实现高精度装调。

2、折反光学作为一种常见的光学系统，能够以简单的结构形式实现大口径光学系统的多种功能,同时对于一些杂散光要求高、总长有限的光学系统，折反光学结构形式是一种合适的选择。折反光学系统一般由主反射镜、次反射镜以及后续透镜组组成，其中次反射镜装调精度要求一般较高。

3、折反光学系统为了补偿后续透镜组的球差,由主次镜形成的卡式系统一般需要保留剩余球差,因此不能完善成像,导致其无法使用干涉仪测量波前来指导次镜装调。

4、目前现有技术中的卡式系统的装调方法主要针对于主次镜能够完美成像的光学系统，而很少提及单独装调主次镜的方式。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：克服现有装调方法主要针对于主次镜能够完美成像的光学系统，无法处理残余像差较大的折反主次镜光学系统，通过设计补偿透镜以提供一种零位补偿检测技术，实现折反光学系统主次镜的高精度装调。

2、本发明的技术方案是：一种基于零位补偿法的折反光学系统次镜装调方法，包括：

3、安装主镜，对主镜内孔平面与干涉仪参考面分别反射的光线所形成的干涉条纹进行调节，调节至零条纹状态以消除主镜与干涉仪的相对倾斜；

4、安装补偿透镜，对补偿透镜内孔平面与干涉仪参考面分别反射的光线所形成的干涉条纹进行调节，调节至零条纹状态以消除补偿透镜与干涉仪的相对倾斜；

5、安装次镜，通过干涉仪检测得到由补偿透镜、主镜、次镜、辅助球面镜所形成的零位检测系统的波前信息，利用该波前信息实现折反光学系统次镜的装调。

6、所述补偿透镜，设计过程为：

7、平行光入射进来经过补偿镜后，再经由待装调折反光学系统的主次镜反射后聚焦，优化补偿镜的曲率、厚度，保证聚焦的光点波前像差的rms值小于0.01λ，其中λ表示入射光波长。

8、干涉仪发射的平行光经补偿镜、主镜、次镜、辅助球面镜后，形成干涉零位检测系统，在补偿透镜前表面的中心不参与成像的区域加工平面，即补偿透镜内孔平面，用于确定补偿透镜与干涉仪的相对位置。

9、采用单点金刚石超精密车床一体化共基准加工主镜及辅助球面镜。

10、一体化共基准加工后，保证主镜与辅助球面镜的相对偏心在5μm以内，相对倾斜在30″以内。

11、采用单点金刚石超精密车床在主镜内孔周围不参与成像区域一体化共基准加工平面，即主镜内孔平面。

12、所述主镜内孔平面与主镜光轴垂直，作为调节主镜光轴与干涉仪光轴的参考。

13、所述利用该波前信息实现折反光学系统次镜的装调，包括：当次镜不处于理想位置时，波前信息会存在包括彗差、像散在内的初级像差；利用灵敏度矩阵法，在装调前，建立次镜的位姿误差与各初级像差的数学关系；实际装调时，通过实际测量得到的光学系统初级像差，利用得到的数学关系反算次镜各个位置误差，完成次镜的装调。

14、所述次镜反射面包括平面、球面和非球面。

15、所述补偿透镜及辅助球面镜的加工公差根据待装调光学系统要求进行确定。

16、本发明与现有技术相比的优点在于：

17、1、目前现有技术中的卡式系统的装调方法主要针对于主次镜能够完美成像的光学系统，本发明通过设计补偿透镜实现主次镜不能完美成像的折反光学系统的主次镜高精度装调。

18、2、通过一体化加工主镜及辅助球面镜，实现了主镜以及辅助球面镜的高精度定位，避免由于辅助球面镜位置误差导致最终的次镜装调误差偏大的问题，同时避免了辅助球面镜调节定位问题。

19、3、采用在光学元件不参与成像区域，一体化辅助加工平面，实现光学元件与干涉仪的对准，如在主镜内孔周围不参与成像区域一次性加工平面，能够快速高精度定位主镜与干涉仪的相位位置，在补偿透镜不参与成像区域加工平面实现补偿透镜与干涉仪的对准。快速且精准的对准，确保了最终次镜的装调精度。

20、4、针对一些次镜装调公差较紧的折反光学系统，本发明能够很好指导该系统的装调，提升最终的成像质量。

1.一种基于零位补偿法的折反光学系统次镜装调方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于零位补偿法的折反光学系统次镜装调方法，其特征在于，所述补偿透镜，设计过程为：

3.根据权利要求1所述的一种基于零位补偿法的折反光学系统次镜装调方法，其特征在于，干涉仪发射的平行光经补偿镜、主镜、次镜、辅助球面镜后，形成干涉零位检测系统，在补偿透镜前表面的中心不参与成像的区域加工平面，即补偿透镜内孔平面，用于确定补偿透镜与干涉仪的相对位置。

4.根据权利要求1所述的一种基于零位补偿法的折反光学系统次镜装调方法，其特征在于，采用单点金刚石超精密车床一体化共基准加工主镜及辅助球面镜。

5.根据权利要求4所述的一种基于零位补偿法的折反光学系统次镜装调方法，其特征在于，一体化共基准加工后，保证主镜与辅助球面镜的相对偏心在5μm以内，相对倾斜在30″以内。

6.根据权利要求1所述的一种基于零位补偿法的折反光学系统次镜装调方法，其特征在于，采用单点金刚石超精密车床在主镜内孔周围不参与成像区域一体化共基准加工平面，即主镜内孔平面。

7.根据权利要求6所述的一种基于零位补偿法的折反光学系统次镜装调方法，其特征在于，所述主镜内孔平面与主镜光轴垂直，作为调节主镜光轴与干涉仪光轴的参考。

8.根据权利要求1所述的一种基于零位补偿法的折反光学系统次镜装调方法，其特征在于，所述利用该波前信息实现折反光学系统次镜的装调，包括：当次镜不处于理想位置时，波前信息会存在包括彗差、像散在内的初级像差；利用灵敏度矩阵法，在装调前，建立次镜的位姿误差与各初级像差的数学关系；实际装调时，通过实际测量得到的光学系统初级像差，利用得到的数学关系反算次镜各个位置误差，完成次镜的装调。

9.根据权利要求1-8任一所述的一种基于零位补偿法的折反光学系统次镜装调方法，其特征在于，所述次镜反射面包括平面、球面和非球面。

10.根据权利要求1-8任一所述的一种基于零位补偿法的折反光学系统次镜装调方法，其特征在于，所述补偿透镜及辅助球面镜的加工公差根据待装调光学系统要求进行确定。