一种高精度凸非球面镜检测装置及其误差分析方法

本发明涉及一种高精度凸非球面镜检测，具体是一种高精度凸非球面镜检测装置及其误差分析方法。

背景技术：

1、在光学系统中，非球面镜拥有更多的设计自由度，因此可以满足更复杂的设计要求，引入非球面元件能够扩大视场角度和提高分辨率，从而改善成像质量，且在针对相同的性能指标条件下，非球面的使用能够减少元件的数量从而降低系统的复杂程度。

2、现如今凸非球面镜越来越多的应用于空间光学技术，其面形精度要求越来越高，因此，对高精度面形检测技术也提出了更高的要求，而现有的检测方法大都是采用补偿透镜或者是cgh补偿元件进行零位补偿检测，这种零位补偿检测的方法相较于其他方法具有较高的精度而被广泛使用，但其中零位补偿器制造难度和成本很高，装调和检测难度大，耗时耗力，且零位补偿器的自身精度会直接影响被检测高精度镜的面形结果，也就是说，现有技术中高精度凸非球面镜存在检测过程复杂、不便于操作的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高精度凸非球面镜检测装置及其误差分析方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种高精度凸非球面镜检测装置，用于对具有高精度凸非球面镜的被检测结构进行面形检测，包括：

4、激光干涉仪；

5、球面标准镜头，所述激光干涉仪设置在球面标准镜头的出光侧，球面标准镜头内设置有球面标准镜头的焦平面；

6、柱式升降台，所述激光干涉仪设置在柱式升降台上，柱式升降台底部安装有调节手轮一；

7、五维干涉仪检测用调整架，被检测凸非球面镜安装在五维干涉仪检测用调整架上，所述五维干涉仪检测用调整架用于精密调节所述被检测凸非球面镜前后、左右、俯仰方向的位移量；

8、剪式升降台，所述五维干涉仪检测用调整架安装在剪式升降台上。

9、作为本发明进一步的方案：所述五维干涉仪检测用调整架包括：

10、自定心夹具，所述自定心夹具设置在五维干涉仪检测用调整架前，通过调整自定心夹具上的调节螺杆调节自定心夹具的夹持口径，实现不同口径的所述被检测凸非球面镜的夹持；

11、精密研磨丝杆一，所述精密研磨丝杆一设置在五维干涉仪检测用调整架后端中心位置；

12、精密研磨丝杆二，所述精密研磨丝杆二设置在五维干涉仪检测用调整架前下方；

13、螺旋刻度研磨丝杆，所述螺旋刻度研磨丝杆设置在五维干涉仪检测用调整架上端，螺旋刻度研磨丝杆具有刻度计量功能。

14、作为本发明进一步的方案：所述剪式升降台包括：调节手轮二，所述调节手轮二设置在剪式升降台的前端。

15、作为本发明进一步的方案：所述被检测凸非球面镜的光学面朝向球面标准镜头。

16、作为本发明进一步的方案：所述被检测凸非球面镜的光轴与球面标准镜头的光轴调节处于重合位置。

17、作为本发明再进一步的方案：所述激光干涉仪与球面标准球面镜头连接。

18、一种高精度凸非球面镜检测误差分析方法，包括以下步骤：

19、步骤1：调整激光干涉仪、被检测凸非球面镜的相对位置，组成非零位干涉检测光路，其中被检测凸非球面镜位于激光干涉仪的球面标准镜头焦前位置；

20、步骤2：根据被检测凸非球面镜的参数，调整柱式升降台的高度，使激光干涉仪上球面标准镜头出射的检测光线能够适于被检测凸非球面镜；

21、步骤3：放置剪式升降台在激光干涉仪的出光侧，并将五维干涉仪检测用调整架放置在剪式升降台上，在其自定心夹具上将被检测凸非球面镜夹持，根据被检测凸非球面镜的参数选择合适的球面标准镜头，且使被检测凸非球面镜的顶点到球面标准镜头焦点的距离调整到接近使被检测凸非球面镜的顶点曲率半径值；

22、步骤4：在激光干涉仪的检测软件上观察被检测凸非球面镜在非零位干涉光路中聚焦模式下形成的光斑，微调五维干涉仪检测用调整架后端中心的精密研磨丝杆一，直至光斑最小，同时调整五维干涉仪检测用调整架前下方的精密研磨丝杆二以及螺旋刻度研磨丝杆，微调被检测凸非球面镜左右、俯仰方向的位姿，直至光斑小而圆；

23、步骤5：对以上检测光路进行光线追迹并建立模型，计算检测光线与参考光线的光程差，进而得到非零位干涉检测时由被检测凸非球面镜由其非球面度引起的回程误差，并将非零位直接检测的数据在matlab中进行数据处理减去回程误差，最后得到被检测凸非球面镜的面形误差结果。

24、作为本发明进一步的方案：由检测光线与参考光线的偏离造成的光程差opd其计算公式为：

25、opd＝ad+db+bc+ch-(ae+eo+oe+ea)

26、其中，ad、db、bc、ch依次组成检测光线的总路径，ae、eo、oe、ea依次组成参考光线的总路径。

27、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

28、1、本发明提供的高精度凸非球面镜检测装置可以方便的测量出凸非球面的面形，并可保证数据处理后的检测数据与零位干涉检测的面形数据一致性；

29、2、本发明提供的高精度凸非球面镜检测装置可以获得非零位干涉检测的面形结果，再利用光线追迹的方法建立光路模型，计算检测光线与参考光线的光程差，进而求出由凸非球面镜的非球面度引起的回程误差，最后，在matlab中进行读取非零位检测数据并去除回程误差，得到凸非球面镜的面形误差，从零位干涉对比结果可知，该非零位检测方法得到的检测结果具有较高的精度及可靠性，此误差分析方法使得对于凸非球面镜的检测更加快速、便捷。

技术特征：

1.一种高精度凸非球面镜检测装置，用于对具有高精度凸非球面镜的被检测结构进行面形检测，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的高精度凸非球面镜检测装置，其特征在于，所述五维干涉仪检测用调整架(5)包括：

3.根据权利要求1所述的高精度凸非球面镜检测装置，其特征在于，所述剪式升降台(8)包括：调节手轮二(12)，所述调节手轮二(12)设置在剪式升降台(8)的前端。

4.根据权利要求1所述的高精度凸非球面镜检测装置，其特征在于，所述被检测凸非球面镜(6)的光学面朝向球面标准镜头(2)。

5.根据权利要求4所述的高精度凸非球面镜检测装置，其特征在于，所述被检测凸非球面镜(6)的光轴与球面标准镜头(2)的光轴调节处于重合位置。

6.根据权利要求1所述的高精度凸非球面镜检测装置，其特征在于，所述激光干涉仪(1)与球面标准球面镜头(2)连接。

7.一种如权利要求1-6所述的高精度凸非球面镜检测误差分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的高精度凸非球面镜检测误差分析方法，其特征在于，由检测光线与参考光线的偏离造成的光程差opd其计算公式为：

技术总结
本发明公开了一种高精度凸非球面镜检测装置及其误差分析方法，包括：激光干涉仪，球面标准镜头，所述激光干涉仪设置在球面标准镜头的出光侧，球面标准镜头内设置有球面标准镜头的焦平面，柱式升降台，所述激光干涉仪设置在柱式升降台上，柱式升降台底部安装有调节手轮一，五维干涉仪检测用调整架，被检测凸非球面镜安装在五维干涉仪检测用调整架上，所述五维干涉仪检测用调整架用于精密调节所述被检测凸非球面镜前后、左右、俯仰方向的位移量，剪式升降台，所述五维干涉仪检测用调整架安装在剪式升降台上。本发明提供的高精度凸非球面镜检测装置可以方便的测量出凸非球面的面形，并可保证数据处理后的检测数据与零位干涉检测的面形数据一致性。

技术研发人员：李世杰,张旭,刘丙才,田爱玲,梁海锋,蔡长龙
受保护的技术使用者：西安工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15