大口径光学透镜的高精度检测方法技术

本发明专利技术提供了一种大口径光学透镜的高精度检测方法，该高精度检测方法基于大口径光学透镜离散多点柔性支撑机构提出，高精度检测方法包括：将透镜与支撑机构进行装调，通过定心仪检测透镜与支撑机构之间的位置偏差，通过干涉仪检测透镜的面型误差，通过微调机构调整位置偏差和面型误差，以得到调整后的透镜组件；将透镜组件作为一个整体，采用干涉仪、CGH检测元件和标准平面镜作为检测系统搭建透射波前检测光路，以检测透镜透射波前。该高精度检测方法不但能够消除支撑对透镜面型的影响，而且可以针对无法检测的表面(如凸面、非球面等)进行高精度的面型检测。行高精度的面型检测。行高精度的面型检测。

【技术实现步骤摘要】
大口径光学透镜的高精度检测方法


[0001]本专利技术涉及地基大型光学望远镜光学检测技术及其应用领域，尤其涉及一种大口径光学透镜的高精度检测方法。

技术介绍

[0002]随着天文学和科学技术的发展，对暗弱目标的探测需求，如宇宙起源大爆炸的形成与演变、星系发展及演变过程对人类的影响、近地小行星对地球的威胁实时预警、空间碎片的探测与编目等，推动了天文望远镜向大口径、大视场、宽波段方向发展。世界上已建造了多台大视场望远镜，如日本天文台8.2m昴星团望远镜(Subaru)、8.4米口径的同轴三反大视场望远镜LSST、泛星计划Pan
‑
STARRS的两台2米级望远镜PS1和PS2、兴隆观测基地2.16米望远镜等。为了实现相对大孔径和大视场，上述望远镜的一个主要特点是采用了口径非常大的光学透镜，如LSST中最大透镜口径为1.6米。因此，大口径透镜镜面的面型对成像的像质有重要的影响，同时也是影响巡天望远镜发展的主要原因。
[0003]对于小型透镜来说，目前透镜检测方法普遍采用靠样板的方式，即通过标准曲率半径及面型完好的凸/凹球面与透镜的被测表面接触，通过牛顿测量法测量接触面积内的光圈数量来评定透镜被测量表面的面型精度，这种加工检测方式对于小口径透镜来说是非常有效的，因为小型透镜位置调整和检测非常容易操作；而对于大口径的透镜，由于口径的增加，标准样板的重量会随之增大，透镜位置的调整和检测会相当困难，显然该方式很难应用于大口径光学透镜的加工检测，此外，靠样板过程中重力会严重影响接触面的光圈数量，导致测量结果严重失真。
[0004]对于带有凹面的透镜来说，可以通过对凹面进行自反射的方式进行凹面的面型检测，该方法通过选取F数接近的镜头来对大透镜凹面进行全口径面型测量，但由于大视场光学系统复杂性，必然会存在大口径凸面透镜，因此该方法对于大口径透镜测量存在一定的局限性。此外，大口径透镜的厚度误差很难用深度千分尺来检测，只能用非接触测量手段，而且大口径透镜非常重，位置调整及翻转难度非常大，直接调整透镜很容易造成面形精度下降甚至损坏镜体。综上所述，现有的技术方法很难直接应用于大口径光学透镜的加工检测。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提出一种大口径光学透镜的高精度检测方法，以应用于大口径光学透镜的加工检测。
[0006]本专利技术提供一种大口径光学透镜的高精度检测方法，所述高精度检测方法基于大口径光学透镜离散多点柔性支撑机构提出，所述高精度检测方法包括：
[0007]将透镜与所述支撑机构进行装调，通过定心仪检测所述透镜与所述支撑机构之间的位置偏差，通过干涉仪检测所述透镜的面型误差，通过微调机构调整所述位置偏差和所述面型误差，以得到调整后的透镜组件；
[0008]将所述透镜组件作为一个整体，采用所述干涉仪、CGH和标准平面镜作为检测系统搭建透射波前检测光路，以检测透镜透射波前。
[0009]可选地，所述大口径光学透镜离散多点柔性支撑机构包括镜座以及多个沿所述镜座均布的柔性支撑单元；所述透镜周侧粘接有与所述柔性支撑单元一一对应的多个铟钢垫，通过所述铟钢垫连接所述柔性支撑单元进而使得所述透镜与所述支撑机构连接。
[0010]可选地，所述通过定心仪检测所述透镜与所述支撑机构之间的位置偏差包括：
[0011]将所述镜座置于定心仪二维平移台上，转动所述定心仪二维平移台的回转台，使用百分表测量所述镜座的外圆，根据测量数据，利用微调机构调整所述定心仪二维平移台的位置，直到所述百分表的示数波动在
±
0.01mm范围内；
[0012]将所述柔性支撑单元连接于所述镜座对应的安装位置，通过微调机构将所述透镜周侧的多个所述铟钢垫上的螺孔对准与所述柔性支撑单元，转动回转台，利用所述定心仪测量所述透镜的偏心误差和角度误差；
[0013]所述微调机构根据所述偏心误差和所述角度误差微调所述透镜的横向位置，根据所述角度误差的大小调节所述透镜的倾斜度；
[0014]反复迭代调节所述偏心误差和所述角度误差，直至两项误差均满足使用要求。
[0015]可选地，所述通过干涉仪检测所述透镜的面型误差包括：采用所述干涉仪和45
°
反射镜搭建竖向检测光路，通过45
°
反射镜将光路折转为水平，将透镜组件置于竖向检测光路内，通过所述干涉仪检测透镜的凹面面型精度。
[0016]可选地，所述通过微调机构调整所述位置偏差包括：
[0017]所述微调机构根据所述偏心误差和所述角度误差微调所述透镜的横向位置，根据所述角度误差的大小调节所述透镜的倾斜度；
[0018]反复迭代调节所述偏心误差和所述角度误差，直至两项误差均满足使用要求。
[0019]可选地，所述通过微调机构调整所述面型误差包括：
[0020]根据所述干涉仪形成的镜面面型误差干涉图，将所述微调机构设置在相应需要调节的所述柔性支撑单元的两侧对所述柔性支撑单元进行局部调整；
[0021]通过所述微调机构调整所述柔性支撑单元后，再通过所述干涉仪检测所述透镜的镜面面型精度；
[0022]重复上述调整过程直至所述镜面面型精度满足使用要求。
[0023]可选地，所述透射波前检测光路包括：
[0024]所述干涉仪焦点发出球面波，经过所述CGH衍射后经所述透镜透射，变为平行光，由所述标准平面镜自准反射，再经由所述透镜、所述CGH后进入所述干涉仪。
[0025]可选地，所述透射波前检测光路的搭建步骤包括：
[0026]将所述CGH安装至应力较小的镜框内并固定；再将所述镜框安装到稳定性良好的调整架上，并与所述干涉仪的中心高度接近，以备下一步与所述干涉仪对准；
[0027]将所述CGH当作平行平板，使用所述干涉仪测试其透射波像差，对测试结果CGH主区域范围取mask，根据其Zernike多项式生成参考文件，以用于后续检测中的误差标定；
[0028]参照所述CGH的光路参数，对准所述CGH和所述干涉仪；所述CGH的辅助对准区域在干涉仪中形成条纹，依据该条纹使得所述CGH与所述干涉仪实现精确对准；
[0029]将所述标准平面镜放置于光路中，调节所述标准平面镜的角度，所述CGH的平行光
区域在所述干涉仪中形成条纹，依据该条纹使得所述标准平面镜与所述干涉仪实现精确对准；
[0030]根据所述干涉仪的光束通过所述CGH后在所述透镜的被检测面附近投射的若干衍射基准，粗调所述透镜的被检测面的横向位置；根据光路参数中的CGH至被测透镜的距离，确定所述透镜到所述CGH的距离，在调节所述透镜被检测面的倾斜自由度的同时在所述干涉仪的焦点处寻找返回的有效光斑；
[0031]确定有效光斑后，精调所述透镜的倾斜、平移以及离焦，使得有效光斑与所述干涉仪焦点重合，可获得所述透镜的干涉条纹；根据干涉条纹情况，进一步精调所述透镜的各自由度；根据干涉条纹情况，进一步精调所述透镜的各自由度。
[0032]可选地，在所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大口径光学透镜的高精度检测方法，所述高精度检测方法基于大口径光学透镜离散多点柔性支撑机构提出，其特征在于，所述高精度检测方法包括以下步骤：S10、将透镜与所述支撑机构进行装调，通过定心仪检测所述透镜与所述支撑机构之间的位置偏差，通过干涉仪检测所述透镜的面型误差，通过微调机构调整所述位置偏差和所述面型误差，以得到调整后的透镜组件；S20、将所述透镜组件作为一个整体，采用所述干涉仪、CGH和标准平面镜作为检测系统搭建透射波前检测光路，以检测透镜透射波前。2.根据权利要求1所述的大口径光学透镜的高精度检测方法，其特征在于，所述大口径光学透镜离散多点柔性支撑机构包括镜座以及多个沿所述镜座均布的柔性支撑单元；所述透镜周侧粘接有与所述柔性支撑单元一一对应的多个铟钢垫，通过所述铟钢垫连接所述柔性支撑单元进而使得所述透镜与所述支撑机构连接。3.根据权利要求2所述的大口径光学透镜的高精度检测方法，其特征在于，所述通过定心仪检测所述透镜与所述支撑机构之间的位置偏差包括：将所述镜座置于定心仪二维平移台上，转动所述定心仪二维平移台的回转台，使用百分表测量所述镜座的外圆，根据测量数据，利用微调机构调整所述定心仪二维平移台的位置，直到所述百分表的示数波动在
±
0.01mm范围内；将所述柔性支撑单元连接于所述镜座对应的安装位置，通过微调机构将所述透镜周侧的多个所述铟钢垫上的螺孔对准与所述柔性支撑单元，转动回转台，利用所述定心仪测量所述透镜的偏心误差和角度误差；所述微调机构根据所述偏心误差和所述角度误差微调所述透镜的横向位置，根据所述角度误差的大小调节所述透镜的倾斜度；反复迭代调节所述偏心误差和所述角度误差，直至两项误差均满足使用要求。4.根据权利要求3所述的大口径光学透镜的高精度检测方法，其特征在于，所述通过干涉仪检测所述透镜的面型误差包括：采用所述干涉仪和45
°
反射镜搭建竖向检测光路，通过45
°
反射镜将光路折转为水平，将透镜组件置于竖向检测光路内，通过所述干涉仪检测透镜的凹面面型精度。5.根据权利要求4所述的大口径光学透镜的高精度检测方法，其特征在于，所述通过微调机构调整所述位置偏差包括：所述微调机构根据所述偏心误差和所述角度误差微调所述透镜的横向位置，根据所述角度误差的大小调节所述透镜的倾斜度；反复迭代调节所述偏心误差和所述角度误差，直至两项误差均满足使用要求。6.根据权利要求5所述的大口径光学透镜的高精度检测方法，其特征在于，所述通过微调机构调整所述面型误差包括：根据所述干涉仪形成的镜面面型误差干涉图，将所述微调机构设置在相应需要调节的所述柔性支撑单元的两侧对所述柔性支撑单元进行局部调整；通过所述微调机构调整所述柔性支撑单元后，再通过所述干涉仪检测所述透镜的镜面面型精度；重复上述调整过程直至所述镜面面型精度满足使用要求。7.根据权利要求6所述的大口径光学透镜的高精度检测方法，其特征在于，所述透射波
前检测光路包括：所述干涉仪焦点发出球面波，经过所述CGH衍射后经所述透...

【专利技术属性】
技术研发人员：王洪浩，王建立，李洪文，曹玉岩，明名，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：