專利名稱：軸對稱兩鏡系統(tǒng)中的二次曲面鏡面形的修正檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學元件面形檢測加工方法，具體是指軸對稱兩鏡系統(tǒng)中的二次曲面鏡面形檢測和修正方法。
背景技術(shù)：
由兩個反射鏡組成的望遠鏡系統(tǒng)具有很重要的實用價值，其原因是反射鏡材料比透射材料更容易得到，尤其是大尺寸的光學口徑。反射鏡鍍膜后在寬波段范圍內(nèi)有很高的反射率，沒有色差。因此在天文望遠鏡、紅外或紫外光學系統(tǒng)中，兩鏡系統(tǒng)都有重要應用。
在兩鏡系統(tǒng)設(shè)計時，為了保證加工檢驗的可實施性和系統(tǒng)實際性能的保證，往往首先考慮二次曲面，并采用軸對稱系統(tǒng)。經(jīng)典的兩鏡系統(tǒng)有最早應用于反射式天文望遠鏡中的卡塞格林(Cassegrain)系統(tǒng)和格里果利(Gregory)系統(tǒng)(但兩者因為軸外像差沒有校正，而在使用上受到限制)；能夠同時校正球差和彗差的改進型卡塞格林系統(tǒng)(R-C系統(tǒng))和格里果利式系統(tǒng)(馬克蘇托夫系統(tǒng))；消除球差、彗差和像面彎曲的史瓦西爾德(Schwarzechield)系統(tǒng)以及能夠消除球差、彗差和像散的庫特(Cuder)系統(tǒng)等。
正是考慮到光學材料特性、寬波段光學效率和光學加工等因素，在多光譜成像儀及紅外成像儀中，廣泛采用軸對稱兩鏡系統(tǒng)作為主光學系統(tǒng)。由于工作視場和系統(tǒng)分光設(shè)計等方面的要求和限制，兩鏡系統(tǒng)的主、次鏡一般為拋物面+雙曲面或兩個雙曲面的二次曲面組合，但光路結(jié)構(gòu)無法滿足完善成像條件，不是經(jīng)典的兩鏡系統(tǒng)。
因而，目前由兩個二次曲面反射鏡組成的主光學系統(tǒng)其面形修正一般采用主、次鏡單獨修磨和檢驗的加工方法，或者采用次鏡/主鏡配對修磨的方法。這兩種方法都只能保證主光學系統(tǒng)在一定的范圍內(nèi)像質(zhì)較優(yōu)，不能很好地保證主、次鏡的實際面形和光學參數(shù)與理論設(shè)計值的一致性，它們能夠滿足分辨率為1mrad左右的系統(tǒng)成像要求。當系統(tǒng)的分辨率提高時(比如優(yōu)于0.25mrad)，上述方法就不能滿足系統(tǒng)要求了。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述原因，本發(fā)明的目的就是要提供一種能滿足高分辨系統(tǒng)成像要求的二次曲面軸對稱兩鏡系統(tǒng)的像質(zhì)精確測量和面形修正方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是利用經(jīng)典兩鏡系統(tǒng)軸上點成完善像的特性，在其像面位置實現(xiàn)兩鏡系統(tǒng)的面形加工修正和像質(zhì)的精確測量。
本發(fā)明的二次曲面軸對稱兩鏡系統(tǒng)其面形檢測和修正方法的步驟如下A.首先根據(jù)二次曲面軸對稱兩鏡系統(tǒng)主鏡1和次鏡2的頂點曲率半徑、偏心率，計算出經(jīng)典兩鏡系統(tǒng)的主、次鏡間隔d0。
B.通過比較二次曲面軸對稱兩鏡系統(tǒng)主鏡和次鏡的設(shè)計間隔d與步驟A計算出的經(jīng)典兩鏡系統(tǒng)的主、次鏡間隔d0，確定軸對稱兩鏡系統(tǒng)光路中次鏡沿軸移動方向和軸向移動距離，最終使實際檢測光路中的主、次鏡間隔為d0。
C.主、次鏡面形檢測及修正面形檢測有二種方法一種將刀口儀放在兩鏡系統(tǒng)的像面位置3，標準平面反射鏡放在目標位置4，刀口儀作為光源，發(fā)出的光線依次經(jīng)次鏡、主鏡、標準平面反射鏡反射，再按原路反射回來成像在像面位置上，然后通過沿垂直光軸方向移動刀口儀觀測陰影圖或用讀數(shù)顯微鏡測量像點；另一種將標準平行光管放在兩鏡系統(tǒng)的目標位置，刀口儀放在兩鏡系統(tǒng)的像面位置，由平行光管發(fā)出的光束依次經(jīng)主鏡、次鏡反射，在像面位置成像，用刀口儀檢測像點或用讀數(shù)顯微鏡測量像點。根據(jù)像點偏差，修磨主鏡或次鏡，通過反復檢測和修磨，直至兩鏡系統(tǒng)在像面的像質(zhì)滿足要求為止。
D.在檢測結(jié)果滿足加工要求后，將次鏡定位在設(shè)計工作位置d即可應用。
本發(fā)明方法的優(yōu)點是1.能夠?qū)崿F(xiàn)二次曲面軸對稱兩鏡系統(tǒng)的面形加工控制和像質(zhì)精確測量。
2.能夠直接保證主、次鏡的實際面形和光學參數(shù)與理論設(shè)計值的一致性，提高系統(tǒng)的加工和測量精度，從而滿足系統(tǒng)較高分辨率成像和應用的需求；3.本檢測方法實現(xiàn)容易，不需要使用補償器進行系統(tǒng)檢驗，能夠有效縮短光學加工的周期，節(jié)約研制成本。


圖1為二次曲面軸對稱兩鏡系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及檢測光路示意圖，(a)圖為軸對稱兩鏡系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)示意圖，(b)圖為經(jīng)典兩鏡系統(tǒng)檢測光路示意圖。
具體實施例方式
下面以經(jīng)典的卡塞格林系統(tǒng)為例，結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作詳細介紹見圖1，兩鏡系統(tǒng)的主鏡1為凹拋物面、次鏡2為凸雙曲面，根據(jù)主鏡和次鏡的頂點曲率半徑、偏心率，計算出經(jīng)典兩鏡系統(tǒng)的主、次鏡間隔d0根據(jù)圖中標注定義參數(shù)α＝l2/f′1，β＝l′2/l2，則α表示次鏡與主鏡焦點的相對位置關(guān)系，決定次鏡的遮光比；β表示次鏡的放大倍數(shù)；f‘1為主鏡焦距；l2、l‘2為次鏡的物距和像距。
根據(jù)高斯光學公式可以導出RO2=α·β1+β·RO1,---(1)]]>式中 為主鏡頂點曲率半徑， 次鏡的頂點曲率半徑。對于卡塞格林系統(tǒng)，主鏡的偏心率e12＝1，次鏡偏心率為e22=(1-β)2(1+β)2,---(2)]]>其中，β＜-1，e22恒大于1。
因此，在已知兩鏡系統(tǒng)實際的主、次鏡頂點曲率半徑和偏心率的情況下，由公式(1)、(2)可以計算得到滿足卡塞格林系統(tǒng)成像條件下的參數(shù)α和β，進而可以算出主、次鏡間隔d0＝f‘1-l2＝(1-α)f‘1，其中f′1=R01/2.]]>根據(jù)兩鏡系統(tǒng)主、次鏡實際間隔d與d0的比較，可以確定檢測光路中次鏡相對實際工作狀態(tài)的沿軸移動方向和軸向移動距離，從而使主、次鏡組合成卡塞格林系統(tǒng)，并利用卡塞格林系統(tǒng)的軸上完善像點，和上述發(fā)明內(nèi)容中的步驟C，實現(xiàn)軸對稱兩鏡系統(tǒng)的面形修正和像質(zhì)精確測量。
對于其它的二次曲面主、次鏡組合，在確定對應的經(jīng)典兩鏡系統(tǒng)后，可參照上面的計算分析方法得到系統(tǒng)的d0，然后實施調(diào)節(jié)和檢測。
權(quán)利要求
1.一種軸對稱兩鏡系統(tǒng)中二次曲面鏡面形的檢測修正方法，其特征在于具體步驟如下A.首先根據(jù)二次曲面軸對稱兩鏡系統(tǒng)中主鏡(1)和次鏡(2)的頂點曲率半徑、偏心率，計算出經(jīng)典兩鏡系統(tǒng)的主、次鏡間隔d0；B.通過比較二次曲面軸對稱兩鏡系統(tǒng)主鏡和次鏡的設(shè)計間隔d與步驟A計算出的經(jīng)典兩鏡系統(tǒng)的主、次鏡間隔d0，確定軸對稱兩鏡系統(tǒng)光路中次鏡沿軸移動方向和軸向移動距離，最終使實際檢測光路中的主、次鏡間隔為d0；C.主、次鏡面形檢測及修正面形檢測有二種方法一種將刀口儀放在兩鏡系統(tǒng)的像面位置(3)，標準平面反射鏡放在目標位置(4)，刀口儀作為光源，發(fā)出的光線依次經(jīng)次鏡、主鏡、標準平面反射鏡反射，再按原光路反射回來成像在像面位置(3)上，然后通過沿垂直光軸方向移動刀口儀觀測陰影圖或用讀數(shù)顯微鏡測量像點；另一種將標準平行光管放在兩鏡系統(tǒng)的目標位置(4)，刀口儀放在兩鏡系統(tǒng)的像面位置(3)，由平行光管發(fā)出的光束依次經(jīng)主鏡、次鏡反射，在像面位置成像，用刀口儀檢測像點或用讀數(shù)顯微鏡測量像點；根據(jù)像點偏差，修磨主鏡或次鏡，通過反復檢測和修磨，直至兩鏡系統(tǒng)在像面的像質(zhì)滿足要求為止；D.在檢測結(jié)果滿足加工要求后，將次鏡定位在設(shè)計工作位置d即可。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種軸對稱兩鏡系統(tǒng)中的二次曲面鏡面形的修正檢測方法，該方法是利用經(jīng)典兩鏡系統(tǒng)軸上點成完善像的特性，實現(xiàn)軸對稱兩鏡系統(tǒng)中的二次曲面鏡的面形修正控制和像質(zhì)精確測量。本發(fā)明的優(yōu)點是能夠直接保證兩鏡系統(tǒng)主、次鏡的實際面形、光學參數(shù)與理論設(shè)計值的一致性；具體檢驗的操作過程簡單、容易；不需要使用補償器，能夠有效縮短光學加工的周期，節(jié)約研制成本。
文檔編號G01M11/00GK1885088SQ20061002693
公開日2006年12月27日 申請日期2006年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月26日
發(fā)明者鈕新華 申請人:中國科學院上海技術(shù)物理研究所