彎月透鏡的透射波前檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及的是一種彎月透鏡的透射波前檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在凸非球面的面形檢測(cè)中，彎月透鏡是一種應(yīng)用非常廣泛的光學(xué)元件。彎月透鏡的透射波前誤差會(huì)直接影響到非球面的面形檢測(cè)精度。而彎月透鏡的透射波前受多種因素影響，如彎月透鏡兩個(gè)球面的面形誤差、彎月透鏡折射率分布和材料均勻性分布等。特別是在大口徑的彎月透鏡中，其透射波前的測(cè)量一直是光學(xué)檢測(cè)中的難題。
[0003]南京天文光學(xué)技術(shù)研究所的馬杰等人(“改進(jìn)的Hindle方法檢測(cè)凸非球面的研究”，紅外與激光工程，2011，40(2) =277-281)提出了一種利用彎月透鏡對(duì)凸非球面檢測(cè)的方法，文中分析了彎月透鏡的表面誤差對(duì)檢測(cè)精度的影響，但卻未提及彎月透鏡材料等誤差。雖然文中提及利用輔助校準(zhǔn)鏡對(duì)彎月透鏡的質(zhì)量進(jìn)行標(biāo)校，然卻沒(méi)有對(duì)詳細(xì)的標(biāo)校方法和像差補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行說(shuō)明與分析。中國(guó)科學(xué)院西安光機(jī)所的陳欽芳等人(“雙膠合透鏡法檢測(cè)大相對(duì)孔徑凸非球面透鏡”，光子學(xué)報(bào)，2014，43 (3):0322004-1?5)提出用包括彎月透鏡在內(nèi)的雙膠合透鏡法檢測(cè)凸非球面，對(duì)雙膠合透鏡的設(shè)計(jì)和公差進(jìn)行了分析，但卻未考慮彎月透鏡等的加工精度對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。
[0004]本方法利用計(jì)算全息圖可以生成任意波前的能力，用其補(bǔ)償彎月透鏡和球面反射鏡產(chǎn)生的球差，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)彎月透鏡透射波前的測(cè)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種彎月透鏡的透射波前檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法，該方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)彎月透鏡的透射波前的零位干涉測(cè)量。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]—種彎月透鏡的透射波前檢測(cè)裝置，包括沿光路依次設(shè)置的干涉儀、計(jì)算全息圖、被測(cè)彎月透鏡和球面反射鏡；所述干涉儀的出光端設(shè)置有標(biāo)準(zhǔn)鏡頭；所述的干涉儀固定在第I五維調(diào)整架上，所述的計(jì)算全息圖固定在第2五維調(diào)整架上，所述的被測(cè)彎月透鏡固定在第3五維調(diào)整架上，所述的球面反射鏡固定在第4五維調(diào)整架上。
[0008]所述的計(jì)算全息圖與第2五維調(diào)整架組成的整體一起固定于第I五維調(diào)整架上。所述的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭為球面標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，根據(jù)被測(cè)彎月透鏡和計(jì)算全息圖的不同，選擇不同的F數(shù)，F(xiàn)數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)鏡頭相對(duì)孔徑的倒數(shù)。
[0009]所述球面反射鏡的口徑和曲率半徑根據(jù)彎月透鏡的參數(shù)對(duì)應(yīng)選擇。
[0010]—種彎月透鏡的透射波前檢測(cè)方法，包括以下步驟:
[0011]—、獲取球面反射鏡測(cè)量總體誤差W2:
[0012]依次包括下述兩個(gè)步驟，
[0013]步驟1.根據(jù)被測(cè)彎月透鏡的參數(shù)和所選球面反射鏡的參數(shù)，設(shè)計(jì)一塊相應(yīng)的計(jì)算全息圖，該計(jì)算全息圖包括用于干涉儀與全息片對(duì)準(zhǔn)的反射全息和用于形成會(huì)聚焦點(diǎn)的透射全息兩個(gè)部分；
[0014]步驟2.利用干涉儀直接檢測(cè)球面反射鏡的面形:第I五維調(diào)整架保持不動(dòng)，調(diào)整第4五維調(diào)整架，使得干涉儀與球面反射鏡處于對(duì)準(zhǔn)位置，利用干涉儀對(duì)球面反射鏡的面形誤差進(jìn)行測(cè)量，此時(shí)檢測(cè)得到的誤差W2包括球面反射鏡誤差W sph_和參考鏡誤差Wreference;
[0015]二、獲取彎月透鏡測(cè)量總體誤差W1:
[0016]依次包括下述兩個(gè)步驟，
[0017]步驟1.保持第I五維調(diào)整架和第4五維調(diào)整架不動(dòng)，將固定有計(jì)算全息圖的第2五維調(diào)整架放置于第I五維調(diào)整架上，調(diào)整第2五維調(diào)整架，利用計(jì)算全息圖的反射衍射形成的干涉條紋，使得干涉儀和計(jì)算全息圖處于對(duì)準(zhǔn)位置；
[0018]步驟2.將固定有被測(cè)彎月透鏡的第3五維調(diào)整架放置到檢測(cè)光路中，保持其他光學(xué)元件不動(dòng)，只調(diào)節(jié)第3五維調(diào)整架和第I五維調(diào)整架，使得整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)處于對(duì)準(zhǔn)位置，利用干涉儀對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的誤差進(jìn)行測(cè)量，得到總體誤差1，該誤差包括參考鏡誤差計(jì)算全息圖誤差Wmh、彎月透鏡誤差W__uss和球面反射鏡誤差Wsph_;
[0019]三、處理數(shù)據(jù)，
[0020]當(dāng)利用干涉儀對(duì)整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，其誤差包括參考鏡誤差、計(jì)算全息圖誤差Wmh、彎月透鏡誤差Wnrenisras和球面反射鏡誤差W sphere,即:
[0021]Wi= W reference+WcGH+Wmeniscus+ffsphere⑴
[0022]相對(duì)于彎月透鏡和球面反射鏡來(lái)說(shuō)，計(jì)算全息圖誤差WCGH為小量，在此可以忽略，故上述公式可以簡(jiǎn)化為:
[0023]Wi= W reference+ffmeniscus+ffsphere(2)
[0024]當(dāng)利用干涉儀直接對(duì)球面反射鏡進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，其檢測(cè)誤差包括參考鏡誤差
^reference
和球面反射鏡誤差W
sphere?
[0025]W2= Wreference+Wsphere(3)
[0026]然后利用兩次檢測(cè)結(jié)果相減，就可以得到彎月透鏡的透射波前誤差W_lsras，
WneniSCUS=W1-W2(4)0
[0027]本發(fā)明的有益效果是:
[0028]I)本發(fā)明為彎月透鏡透射波前的測(cè)量提供了一種簡(jiǎn)便精確的新方法；
[0029]2)本發(fā)明利用計(jì)算全息圖，既能實(shí)現(xiàn)全息片與干涉儀的對(duì)準(zhǔn)，又能補(bǔ)償由彎月透鏡和球面反射鏡產(chǎn)生的球差，使整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)零位檢測(cè)；
[0030]3)本發(fā)明的方法具有簡(jiǎn)單的測(cè)量步驟和數(shù)據(jù)處理方法，具有很強(qiáng)的工程應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1是本發(fā)明的球面反射鏡面形檢測(cè)示意圖；
[0032]圖2是本發(fā)明的計(jì)算全息圖示意圖；
[0033]圖3是本發(fā)明的彎月透鏡透射波前檢測(cè)示意圖；
[0034]圖4是本發(fā)明彎月透鏡的透射波前檢測(cè)方法流程圖。
[0035]圖中，1-干涉儀，2-標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，3-計(jì)算全息圖，4-被測(cè)彎月透鏡，5-球面反射鏡，6-第I五維調(diào)整架，7-第2五維調(diào)整架，8-第3五維調(diào)整架，9-第4五維調(diào)整架，10-補(bǔ)償球差的透射全息，11-干涉儀與全息片對(duì)準(zhǔn)的反射全息。
具體實(shí)施例
[0036]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步的說(shuō)明，一種彎月透鏡的透射波前檢測(cè)裝置，該裝置包括沿光路依次設(shè)置的干涉儀1、計(jì)算全息圖3、被測(cè)彎月透鏡4和球面反射鏡5 ;所述球面反射鏡5的口徑和曲率半徑根據(jù)彎月透鏡4的參數(shù)對(duì)應(yīng)選擇。干涉儀I的一端安裝有球面標(biāo)準(zhǔn)鏡頭2，標(biāo)準(zhǔn)鏡頭根據(jù)被測(cè)彎月透鏡5和計(jì)算全息圖3的不同，選擇不同的F數(shù)，F(xiàn)數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)鏡頭相對(duì)孔徑的倒數(shù)。
[0037]計(jì)算全息圖3固定在第2五維調(diào)整架7上，計(jì)算全息圖3與第2五維調(diào)整架7組成的整體與干涉儀I 一起固定在第I五維調(diào)整架6上，被測(cè)彎月透鏡4固定在第3五維調(diào)整架8上，所述的球面反射鏡5固定在第4五維調(diào)整架9上。
[0038]—種彎月透鏡的透射波前檢測(cè)方法，包括以下步驟:
[0039]一、獲取球面反射鏡測(cè)量總體誤差W2:
[0040]依次包括下述兩個(gè)步驟，
[0041 ] 步驟1.首先根據(jù)被測(cè)彎月透鏡4的參數(shù)和所選球面反射鏡5的參數(shù)，設(shè)計(jì)一塊相應(yīng)的計(jì)算全息圖，該計(jì)算全息圖兩個(gè)部分，如圖2所示；其中，計(jì)算全息圖的中間部分為補(bǔ)償球差的透射全息10，外圍部分為干涉儀與全息片對(duì)準(zhǔn)的反射全息11 ;
[0042]步驟2.對(duì)所選的球面