1 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院, 安徽 合肥 230009
2 合肥工业大学光电技术研究院, 安徽 合肥 230009
高次凸非球面镜是光学系统中至关重要的元件, 通常作为次镜来补偿光学系统的轴外像差, 但其检验方法一直是一大难点。基于背向零位检测方法, 提出利用三透镜与单折射面组合的形式来补偿高次非球面的法线像差。首先选取高次非球面的二次比较面来简化计算, 基于三级像差理论求解系统的初始结构, 对高次非球面的法线像差进行补偿，使用ZEMAX软件仿真与优化后, 设计结果完全满足要求。随后结合一块有效通光口径为170 mm、顶点曲率半径为266.8 mm的高次凸非球面反射镜, 测得镜面的面形精度均方根为0.019 λ (λ = 632.8 nm), 满足实际检测要求, 验证了所提设计方法的可行性。此方法为大口径高次凸非球面的检验提供了一个新的思路。
几何光学 高次凸非球面 零位补偿 三级像差 geometric optics high-order convex aspheric surface zero compensation third order aberration
1 西安空间无线电技术研究所，陕西 西安 710000
2 西安工业大学 光电工程学院 陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室，陕西 西安 710021
凸非球面反射镜在反射式光学系统中的应用非常广泛，但其面形高精度检测一直是光学制造领域的难题。为了实现小口径、深度凸非球面的面形高精度检测，提出了一种基于计算全息图（Computer Generated Hologram，CGH）的零位干涉检测技术。首先，详细阐述了该技术的检测原理和方法，给出了计算全息中补偿测试全息和对准标记全息设计过程中的技术要点；然后结合工程应用，针对口径15 mm、顶点曲率半径11.721 mm、非球面度达到72 μm的深度凸非球面，设计并制造了相应的CGH补偿元件，完成了相应零位干涉检测系统的搭建和检测实验；最后，与Luphoscan的检测结果交叉对比，验证了该检测方法的准确性。该技术为小口径凸非球面的高精度检测提供了一种有效的方法，具有显著的工程应用价值。
面形检测 凸非球面 计算全息图 干涉 shape measurement convex aspheric computer generated hologram (CGH) interference 红外与激光工程
2022, 51(9): 20220190
红外与激光工程
2022, 51(9): 20220576
红外与激光工程
2022, 51(9): 20220611
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
随着单点金刚石车削技术和抛光技术的发展，实现了金属反射镜的快速高效低成本制造。然而，金属反射镜的检测手段存在明显不足，尤其是没有一种快速、高效的检测手段用于检测凸非球面金属反射镜。为提高凸非球面金属反射镜的检测效率，提出一种非零位拼接检测凸非球面金属反射镜的检测方法。结合工程实例，对口径为120 mm，顶点曲率半径R为1121.586 mm，二次曲线常数K为−2.38的凸非球面金属反射镜进行了拼接检测实验，拼接所得面形误差均方根值（RMS）为0.016λ(λ=632.8 nm)。与Luphoscan检测结果对比，验证了非零位拼接检测方法的检测精度RMS为0.007λ，结果表明该方法能够实现凸非球面金属反射镜的快速、高效检测。
拼接检测 凸非球面 非零位 金属反射镜 subaperture stitching convex aspheric surface non-null test metal mirror 红外与激光工程
2021, 50(11): 20210061
1 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
凸非球面, 尤其是离轴凸非球面的光学检验一直是非球面加工中的难点。针对离轴凸非球面光学元件加工检验困难的问题, 研究了一种改进的Hindle方法, 解决了经典的透射式Hindle方法需要大口径辅助弯月透镜等不足。针对大口径离轴凸非球面的检测, 设计了一个特殊结构的补偿器组, 并对补偿器的加工和装调进行分析、仿真和优化, 对整个补偿检测系统进行公差分析, 并给出了相应的结果, 同时也可以把此设计推广到更大口径的离轴凸非球面镜的面形检测中去。
光学检测 光学设计 离轴凸非球面 非球面加工 面形检测 optical test optical design off-axis convex aspheric surface aspheric surface fabrication mirror surface shape detection
中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200080
针对凸非球面大口径、大相对孔径、全口径检验难的问题,提出了一种利用自准校正单透镜检验凸非球面的方法。该方法通过在单透镜的凸面镀半反半透膜构成自准校正透镜,校正非球面的球差,从而实现大口径凸非球面的全口径检验。依据三级像差理论,推导了初始结构参数计算公式,介绍了检验光学系统的设计方法;对口径为240.62 mm、相对孔径为0.48的凸扁球面光学检验系统进行了模拟设计。系统优化后的残余波像差峰谷(PV)值为0.00025λ,均方根(RMS)值为0.0001λ(λ=632.8 nm)。将该方法用于工程项目中口径为287 mm、相对孔径为0.74的凸双曲面反射镜检验中,测得镜面RMS为0.021λ,验证了该方法的可行性。最后对该方法的适用性以及像差校正能力进行分析。研究结果表明:该方法可以实现任意偏心率凸非球面的全口径检验,在大口径、大相对孔径凸非球面全口径检验时具有较大优势。
光学设计 凸非球面 自准校正透镜 三级像差理论
1 中国科学院上海技术物理研究所公共技术室, 上海 200080
2 中国科学院大学, 北京 100049
为解决凸双曲面检验中因辅助反射镜的口径过大而导致其加工困难的问题,提出一种可用于检验凸双曲面反射镜的方法。在Hindle法的基础上,利用校正透镜和球面反射镜组成消像差系统,通过设计检验光路缩短了辅助反射镜与待检双曲面镜的距离。该方法不但可以减小辅助反射镜的口径,而且能够维持待检双曲面镜的有效口径不变。根据三级像差理论推导公式,设计口径为800 mm,顶点曲率半径为1800 mm,二次曲线常数为-2.25的大口径凸双曲面的检验光路。对所设计的检验光路进行分析,结果显示:其残余像差峰谷值为0.0003λ(λ=632.8 nm),均方根误差为0.0001λ。这表明该方法可以用于检验大口径、大相对口径凸双曲面,并且具有辅助面口径小、检验系统的长度较短的优点。
光学设计 凸非球面检验 三级像差理论 非球面 大口径 大相对口径 光学学报
2019, 39(11): 1122003
为了实现大口径凸非球面镜的高精度检测, 本文研究了凸非球面非零位子孔径拼接检测技术, 并建立了一套非零位拼接检测算法模型, 模型中分别针对同轴子孔径与离轴子孔径非零位检测时所引入的测试误差进行了建模分析, 同时对测试误差剔除、拼接系数求解、全口径面形获得等问题进行了研究。最后, 结合工程实例, 对一口径为130 mm的凸双曲面进行了拼接检测, 分析了该非球面各测试子孔径非零位检测误差形式, 同时进行了误差剔除、全口径面形获取等工作。从拼接结果中可以看出, 拼接结果光滑、连续、无拼接痕迹。为了进一步验证拼接精度, 我们将拼接结果与子孔径检测结果进行对比, 引入了自检验子孔径评价方法, 计算得到自检验子孔径与拼接结果在自检验子孔径范围内的残差图, 二者残差图的PV值与RMS值分别为0016λ与0003λ, 由上述结果可以得到自检验子孔径的测试结果与拼接结果在自检验子孔径范围内是一致的, 从而验证了本文算法的拼接精度。
干涉测量 子孔径拼接 非零位 凸非球面 interferometry sub-aperture stitching non-null convex aspherical mirror
