一种离轴非球面反射镜补偿光学系统的制作方法

1.本实用新型属于光学技术领域，具体涉及一种离轴非球面反射镜补偿光学系统。


背景技术：

2.大口径光学系统在天文光学、空间光学和地基空间目标探测与识别等领域得到了越来越广泛的应用。为了扩大视场、提高成像空间分辨率、成像稳定性、增大信号能量，大口径非球面镜反射镜在大口径光学系统中广泛运用。
3.目前加工出的非球面反射镜检测手段较少，主要有轮廓仪检测、计算全息(cgh)法、zygo干涉仪补偿镜法等。轮廓仪的检测精度偏低；大口径的cgh制作工艺目前还不成熟，同样面临精度偏低的问题。补偿镜法通过针对每片非球面反射镜设计相应补偿镜，从而再利用zygo干涉仪进行检测，具有较好的检测精度。因此设计出合适的补偿镜光路对提高我国的天文观测、空间遥感和预警水平有十分重要的意义。


技术实现要素：

4.本实用新型针对现有技术存在的不足，提供一种离轴非球面反射镜补偿光学系统，成像质量高，稳定性好，体积小，可应用于同轴与离轴非球面反射镜的面型检测。
5.为了达到目的，本实用新型提供一种离轴非球面反射镜补偿光学系统，所述光学系统的结构为离轴结构；沿光线入射方向，依次为球面补偿镜一、球面补偿镜二、待检测非球面反射镜；所述球面补偿镜一、所述球面补偿镜二、待检测非球面反射镜的焦距依次对应f1、f2、f3，它们相对待检测非球面反射镜非球面顶点曲率半径r的归一化值分别对应为-1≤f
′1≤-0.5、-30≤f
′2≤-25、f
′
3＝1。
6.进一步地，所述球面补偿镜一、所述球面补偿镜二、待检测非球面反射镜的口径依次对应d1、d2、d，它们相对待检测非球面反射镜的口径d的归一化值分别对应为2.2≤d
′1≤4、2≤d
′2≤2.8、d
′
＝1。
7.进一步地，所述球面补偿镜一、所述球面补偿镜二均为球面镜。
8.进一步地，所述补偿光学系统工作波段为0.6328μm。
9.进一步地，所述补偿光学系统总长260mm；所述球面补偿镜一和所述球面补偿镜二最大口径为56mm。
10.进一步地，所述补偿光学系统总波像差达到pv值优于0.1λ，rms优于0.025λ，其中，λ为0.6328μm。
11.与现有技术相比，本实用新型优势在于：该系统由待检测的离轴非球面反射镜和两片补偿镜组成，由检测设备发出光线经补偿透镜透射，至待检凹非球面反射镜自准后返回。两片补偿镜承担较大的非球面法线像差，大大提高了补偿能力。采用两片式补偿器结构，补偿透镜数量少、方案简单；补偿镜选用球面镜，加工检测更容易，周期更短；检验光路像质优良，波像差达到pv值优于0.1λ，rms优于0.025λ。同时对离轴状态下的非球面进行检测，更能还原实际光路，便于后期光路装调。
附图说明
12.图1为本实用新型实施例1提供的一种离轴非球面反射镜补偿光学系统示意图；
13.图2为本实用新型实施例1提供的离轴非球面反射镜补偿光学系统波像差像质图。
具体实施方式
14.下面根据附图，通过具体的实施例对本实用新型做进一步说明。
15.实施例1
16.本实施例本提供一种离轴非球面反射镜补偿光学系统，参见图1，该补偿光学系统为离轴结构，系统总长为260mm,其工作波段为0.6328μm。沿光线入射方向，依次为球面补偿镜一1、球面补偿镜二2、待检测非球面反射镜3，优选的，球面补偿镜一1、球面补偿镜二2均为球面镜，最大口径为56mm，均采用性质稳定、易于加工石英材质材料；球面补偿镜一1、球面补偿镜二2、待检测非球面反射镜3的焦距依次对应f1、f2、f3，它们相对待检测非球面反射镜3顶点曲率半径r的归一化值分别对应为-1f
’1≤-0.5、-30≤f
’2≤-25、f
’3＝1。
17.球面补偿镜一1、球面补偿镜二2、待检测非球面反射镜3的口径依次对应d1、d2、d，它们相对待检测非球面反射镜3的口径d的归一化值分别对应为2.2≤d
’1≤4、2≤d
’2≤2.8、d
′
＝1。
18.根据像差理论，利用补偿镜补偿待检测非球面反射镜产生的像差，使得成像质量接近光学衍射极限。该补偿光学系统总波像差达到pv值优于0.1λ，rms优于0.025λ，其中，λ是zygo干涉仪的检测波长，波长值为0.6328μm。
19.在本实施例的补偿光学系统中，待检测非球面反射镜3非球面方程为：
[0020][0021]
其中，c＝1/r0，r0为非球面顶点曲率半径，k为二次非球面常数；a0、a1、a2、a3为高次非球面系数；y为待检测非球面反射镜3的具体位置；z为待检测非球面反射镜3，每个位置下的矢高。
[0022]
用于离轴非球面反射镜补偿光学系统，本实施例提供一个优选的方案，具体数据及所采用的材料参见表1。其中待检测非球面反射镜3偏离光轴为60mm，zygo干涉仪焦点到球面补偿镜一1焦点的距离为45.38mm；选取r0＝-252.4436；k＝0.0192；高次非球面系数分别为：a0＝0，a1＝1.1617e-011，a2＝-1.4883e-016，待检测非球面反射镜口径为120mm。
[0023]
表1镜头的光学结构参数
[0024]
[0025][0026]
参见附图2，本实施例光学系统光路像质优良，波像差达到pv值优于0.1λ，rms优于0.025λ，成像质量接近光学衍射极限。
[0027]
由上述可知，本实用新型提供的离轴非球面反射镜补偿光学系统，具有较好的成像质量；同时体积较小，方便应用；具有较大检测范围，可同时适用于离轴非球面反射镜与同轴大尺寸非球面反射镜的检测。
[0028]
最后需要注意的是：上述实施例仅用于说明本实用新型专利，并非限制本实用新型专利所描述的技术方案。因此，虽然本说明书参照上述的实施例对本实用新型已进行了详细说明，但本领域的技术人员应当理解，仍可以对本实用新型进行修改；而一切不脱离本实用新型范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。


技术特征：
1.一种离轴非球面反射镜补偿光学系统，其特征在于：所述光学系统的结构为离轴结构；沿光线入射方向，依次为球面补偿镜一、球面补偿镜二、待检测非球面反射镜；所述球面补偿镜一、所述球面补偿镜二、待检测非球面反射镜的焦距依次对应f1、f2、f3，它们相对待检测非球面反射镜的顶点曲率半径r的归一化值分别对应为-1≤f
’1≤-0.5、-30≤f
’2≤-25、f
’3＝1。2.根据权利要求1所述的一种离轴非球面反射镜补偿光学系统，其特征在于：所述球面补偿镜一、所述球面补偿镜二、待检测非球面反射镜的口径依次对应d1、d2、d，它们相对待检测非球面反射镜的口径d的归一化值分别对应为2.2≤d
’1≤4、2≤d
’2≤2.8、d’＝1。3.根据权利要求1所述的一种离轴非球面反射镜补偿光学系统，其特征在于：所述球面补偿镜一、所述球面补偿镜二均为球面镜。4.根据权利要求1所述的一种离轴非球面反射镜补偿光学系统，其特征在于：所述补偿光学系统工作波段为0.6328μm。5.根据权利要求1所述的一种离轴非球面反射镜补偿光学系统，其特征在于：所述补偿光学系统总长260mm；所述球面补偿镜一和所述球面补偿镜二最大口径为56mm。6.根据权利要求1所述的一种离轴非球面反射镜补偿光学系统，其特征在于：所述补偿光学系统总波像差达到pv值优于0.1λ，rms优于0.025λ，其中，λ为0.6328μm。

技术总结
本实用新型公开了一种离轴非球面反射镜补偿光学系统，所述光学系统的结构为离轴结构；沿光线入射方向，依次为球面补偿镜一、球面补偿镜二、待检测非球面反射镜；所述球面补偿镜一、所述球面补偿镜二、待检测非球面反射镜的焦距依次对应f1、f2、f3，它们相对待检测非球面反射镜非球面顶点曲率半径R的归一化值分别对应为-1≤f


技术研发人员：蔡福鑫 顾姗姗 姚明亮 鲁金超 陈振宇
受保护的技术使用者：南通智能感知研究院
技术研发日：2022.10.10
技术公布日：2023/2/16