用于凸非球面反射镜检测的光路对准方法技术

本发明专利技术涉及一种用于凸非球面反射镜检测的光路对准方法，属于光学检测技术领域，该方法利用固定在汉德尔球后端面的刻度标记装置实现干涉仪与汉德尔球之间的粗对准，再利用干涉仪球面标准镜的猫眼像实现干涉仪与汉德尔球之间的精确对准，待干涉仪与汉德尔球之间的光路对准完成后，通过对干涉仪采集到的待检凸非球面反射镜的表面干涉图进行数据处理，根据经过数据处理后的表面干涉图的外圆数据中心和内孔数据中心是否重合来确定汉德尔球和待检凸非球面反射镜之间是否实现光路对准，从而解决了在使用汉德尔球进行凸非球面反射镜检测过程中，待检凸非球面反射镜与整个光学检测系统的对准问题。

Optical alignment method for the detection of convex aspherical mirrors

The invention relates to a method for aligning optical convex aspheric mirror detection, which belongs to the technical field of optical detection, the method using the scale marking device is fixed on the rear end of the ball Handel to realize coarse alignment between interferometer and Handel ball, and then use the standard spherical mirror interferometer as between the interferometer and the cat's eye Handel ball precise alignment of the optical path between the interferometer and Handel ball after alignment, based on the detected interference surface convex aspheric mirror instrument collected interferogram data processing, according to the surface after data processing after the interference of the external circle graph and data center data center is coincident to the hole Handel ball and inspected the convex spherical mirror is realized between the optical alignment, so as to solve the problem in the use of Handel ball convex aspheric mirror in the detection process, The problem of the alignment of a convex aspheric mirror and an optical detection system is to be checked.

【技术实现步骤摘要】
用于凸非球面反射镜检测的光路对准方法
本专利技术涉及光学检测
，特别是涉及一种用于凸非球面反射镜检测的光路对准方法。
技术介绍
对于同轴结构航天相机的反射镜而言，通常采用凸非球面反射镜作为相机次镜，凸非球面反射镜的面形精度、有效区域的大小及形状等直接关系到航天相机最终的成像质量和区域，因此对凸非球面反射镜的面形和有效区域的高精度检测，对整个航空相机具有非常重要的意义。对于凸非球面反射镜的面形和有效区域的检测，通常采用以下两种方法：第一种是利用光学补偿法，使用透射式补偿器或者计算全息图(ComputerGeneratedHologram，CGH)补偿器对光学元件进行检测，其中透射式补偿器在对直径较大的光学元件进行检测时，透射式补偿器的透镜的直径需要比待检光学元件大，因而增加了制造难度和成本，而CGH补偿器自身的加工特性无法测量，如果待检光学元件的非球面度较大，会导致CGH补偿器的条纹较密集，增加了加工的难度；第二种是利用弯月透镜或者汉德尔球进行的无像差点检测法，利用非球面自身的曲线特性进行无像差点检测。由于航天相机凸非球面反射镜的背部通常有一定的几何形状，因此本专利技术采用汉德尔球法对凸非球面反射镜进行检测。对利用汉德尔球法进行凸非球面反射镜检测的光学系统而言，精确地控制干涉仪标准镜、汉德尔球和待检镜三者之间的相对位置关系对待检非球面的顶点曲率半径R值、非球面系数K值和有效区域的大小、形状的准确检测有非常重要的影响。通常情况下，本领域技术人员一般使用测量杆来测量干涉仪标准镜、汉德尔球和待检镜之间的轴向距离，但三者相对于光轴之间的倾斜，一般情况下并没有得到很好的控制，本领域技术人员只能通过目测的方式进行光路对准，导致三者之间往往会存在一定的倾斜和偏心，造成待检镜有效区域的大小及形状发生变化，即造成待检镜有效区域不对称，无法满足对凸非球面反射镜的面形和有效区域的高精度检测。
技术实现思路
基于此，有必要针对现有技术只能通过目测的方式对干涉仪、汉德尔球和待检镜进行光路对准，导致三者之间往往会存在一定的倾斜和偏心，无法满足对凸非球面反射镜的面形和有效区域的高精度检测的问题，提供一种用于凸非球面反射镜检测的光路对准方法。为解决上述问题，本专利技术采取如下的技术方案：一种用于凸非球面反射镜检测的光路对准方法，包括以下步骤：将刻度标记装置贴合汉德尔球的后端面固定，且使所述刻度标记装置的刻度中心与所述汉德尔球的中心孔的中心重合；调节所述汉德尔球的轴向位置，使干涉仪的最小出射光斑与所述刻度中心重合；拆除所述刻度标记装置后，将拼接量块固定于所述汉德尔球的后端面，且所述拼接量块的厚度等于所述干涉仪的球面标准镜的焦点至所述汉德尔球的后端面的距离；调节所述汉德尔球的轴向位置和倾斜角度，直至在所述干涉仪中观察到所述球面标准镜的猫眼像，并在观察到所述猫眼像后拆除所述拼接量块，完成所述干涉仪与所述汉德尔球之间的光路对准；将所述待检凸非球面反射镜放置在所述干涉仪的出射光中心位置，并调节待检凸非球面反射镜的轴向位置，使所述干涉仪的出射光焦点与所述干涉仪的出射光经过所述待检凸非球面反射镜和所述汉德尔球反射后形成的反射焦点相重合；调节所述待检凸非球面反射镜的轴向位置和倾斜角度，直至所述干涉仪采集到的表面干涉图的有效区域对应的泽尼克多项式系数Z3、系数Z6和系数Z7达到最小值；对所述系数Z3、所述系数Z6和所述系数Z7达到最小值时的所述表面干涉图进行数据处理，判断经过数据处理后的所述表面干涉图的外圆数据中心和内孔数据中心是否重合，若重合，则完成所述汉德尔球和所述待检凸非球面反射镜之间的光路对准。上述用于凸非球面反射镜检测的光路对准方法适用于使用汉德尔球对凸非球面反射镜表面面形检测过程中的光学元件对准，该方法利用固定在汉德尔球后端面的刻度标记装置实现干涉仪与汉德尔球之间的粗对准，再利用干涉仪球面标准镜的猫眼像实现干涉仪与汉德尔球之间的精确对准，待干涉仪与汉德尔球之间的光路对准完成后，通过对干涉仪采集到的待检凸非球面反射镜的表面干涉图进行数据处理，根据经过数据处理后的表面干涉图的外圆数据中心和内孔数据中心是否重合来确定汉德尔球和待检凸非球面反射镜之间是否实现光路对准，从而解决了在使用汉德尔球进行凸非球面反射镜检测过程中，待检凸非球面反射镜与整个光学检测系统的对准问题，即解决了待检凸非球面反射镜的有效口径不对称的问题，而且本专利技术所提出的对准方法可以在对待检凸非球面反射镜进行面形检测的同时进行，通过有效的控制待检凸非球面反射镜的有效区域的大小、形状、光轴与机械轴的偏差等，实现在加工过程中对待检凸非球面反射镜的质量进行检测，检测结果则用于指导对待检凸非球面反射镜的加工，从而提高生产效率。附图说明图1为利用汉德尔球的无像差点检测法的原理图；图2为本专利技术其中一个实施例中用于凸非球面反射镜检测的光路对准方法的流程示意图；图3为猫眼像对准图；图4为待检凸非球面反射镜偏心时的光路示意图；图5为待检凸非球面反射镜偏心时的表面干涉图的示意图；图6为刻度标记装置为带有刻度的圆片的结构示意图；图7为刻度标记装置为端面带有刻度的圆柱块的结构示意图；图8为刻度标记装置为T形圆柱块的结构示意图。具体实施方式下面将结合附图及较佳实施例对本专利技术的技术方案进行详细描述。如图1所示为利用汉德尔球的无像差点检测法的原理图，干涉仪经过标准镜发出的标准球面波经过待检镜反射至汉德尔球，基于无像差点的特性，汉德尔球反射该入射光并经过待检镜反射，最终通过标准镜反射回干涉仪，从而实现对待检镜表面面形和有效区域大小、形状进行检测。对于利用汉德尔球进行凸非球面反射镜检测的系统而言，精确地控制干涉仪标准镜、汉德尔球和待检镜三者之间的相对位置关系对于准确地检测待检非球面的顶点曲率半径R值、非球面系数K值和有效区域的大小、形状等有着至关重要的影响。在本专利技术的其中一个实施例中，如图2所示，本实施例中的用于凸非球面反射镜检测的光路对准方法适用于使用汉德尔球对凸非球面反射镜表面面形检测过程中的光学元件对准，该方法具体包括以下步骤：S100将刻度标记装置贴合汉德尔球的后端面固定，且使刻度标记装置的刻度中心与汉德尔球的中心孔的中心重合。刻度标记装置为带有刻度的装置，将刻度标记装置带有刻度的一侧朝向干涉仪，刻度标记装置的另一侧与汉德尔球的后端面固定，例如利用橡皮泥或者胶带等进行固定，并且拆卸方便，并且在固定刻度标记装置时，需保证刻度标记装置的刻度中心与汉德尔球的中心孔的中心相重合，以保证干涉仪与汉德尔球之间光路对准的准确性。S200调节汉德尔球的轴向位置，使干涉仪的最小出射光斑与刻度中心重合。使得干涉仪出射实际光斑对准刻度标记装置的中心刻度，即使干涉仪出射实际光斑对准汉德尔球的中心孔的中心，沿光轴方向调节汉德尔球的位置，使得干涉仪的最小出射光斑与刻度标记装置的刻度中心重合，最小出射光斑的大小与理论大小基本吻合，此时拆除刻度标记装置，完成干涉仪与汉德尔球之间的粗定位。S300拆除刻度标记装置后，将拼接量块固定于汉德尔球的后端面，且拼接量块的厚度等于干涉仪的球面标准镜的焦点至汉德尔球的后端面的距离。拆除刻度标记装置后，将拼接量块固定于汉德尔球的后端面，如图3猫眼像对准图所示，并且拼接量块的厚度和凸非球面反射镜检测光路要求本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于凸非球面反射镜检测的光路对准方法，其特征在于，包括以下步骤：将刻度标记装置贴合汉德尔球的后端面固定，且使所述刻度标记装置的刻度中心与所述汉德尔球的中心孔的中心重合；调节所述汉德尔球的轴向位置，使干涉仪的最小出射光斑与所述刻度中心重合；拆除所述刻度标记装置后，将拼接量块固定于所述汉德尔球的后端面，且所述拼接量块的厚度等于所述干涉仪的球面标准镜的焦点至所述汉德尔球的后端面的距离；调节所述汉德尔球的轴向位置和倾斜角度，直至在所述干涉仪中观察到所述球面标准镜的猫眼像，并在观察到所述猫眼像后拆除所述拼接量块，完成所述干涉仪与所述汉德尔球之间的光路对准；将所述待检凸非球面反射镜放置在所述干涉仪的出射光中心位置，并调节待检凸非球面反射镜的轴向位置，使所述干涉仪的出射光焦点与所述干涉仪的出射光经过所述待检凸非球面反射镜和所述汉德尔球反射后形成的反射焦点相重合；调节所述待检凸非球面反射镜的轴向位置和倾斜角度，直至所述干涉仪采集到的表面干涉图的有效区域对应的泽尼克多项式系数Z3、系数Z6和系数Z7达到最小值；对所述系数Z3、所述系数Z6和所述系数Z7达到最小值时的所述表面干涉图进行数据处理，判断经过数据处理后的所述表面干涉图的外圆数据中心和内孔数据中心是否重合，若重合，则完成所述汉德尔球和所述待检凸非球面反射镜之间的光路对准。...

【技术特征摘要】
1.一种用于凸非球面反射镜检测的光路对准方法，其特征在于，包括以下步骤：将刻度标记装置贴合汉德尔球的后端面固定，且使所述刻度标记装置的刻度中心与所述汉德尔球的中心孔的中心重合；调节所述汉德尔球的轴向位置，使干涉仪的最小出射光斑与所述刻度中心重合；拆除所述刻度标记装置后，将拼接量块固定于所述汉德尔球的后端面，且所述拼接量块的厚度等于所述干涉仪的球面标准镜的焦点至所述汉德尔球的后端面的距离；调节所述汉德尔球的轴向位置和倾斜角度，直至在所述干涉仪中观察到所述球面标准镜的猫眼像，并在观察到所述猫眼像后拆除所述拼接量块，完成所述干涉仪与所述汉德尔球之间的光路对准；将所述待检凸非球面反射镜放置在所述干涉仪的出射光中心位置，并调节待检凸非球面反射镜的轴向位置，使所述干涉仪的出射光焦点与所述干涉仪的出射光经过所述待检凸非球面反射镜和所述汉德尔球反射后形成的反射焦点相重合；调节所述待检凸非球面反射镜的轴向位置和倾斜角度，直至所述干涉仪采集到的表面干涉图的有效区域对应的泽尼克多项式系数Z3、系数Z6和系数Z7达到最小值；对所述系数Z3、所述系数Z6和所述系数Z7达到最小值时的所述表面干涉图进行数据处理，判断经过数据处理后的所述表面干涉图的外圆数据中心和内孔数据中心是否重合...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兴，武志勇，王高文，李冰琳，
申请(专利权)人：长光卫星技术有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林,22