将半反半透透镜应用于非球面检验。半反半透面和待检验面作为透镜的两个面,空间上相互靠近。半反半透面实现光线自准,同时也对波前进行补偿。这样,既消除了中心遮挡,又可以减小光学系统的尺寸,同时也增强了检验的能力。根据三级像差理论对这一方法进行了推导,进而给出了从待检面的参数得到检验系统参数的方法。根据这一方法设计了一个口径300 mm, 焦 距1200 mm 凸反射镜的检验光路,通过光学设计软件ZEMAX进行优化,优化后系统的波像差小于1/(100 λ), 满足光学检验的要求。

凸非球面的面形检测是光学检验中的一大难题,提出了一种利用半反半透凹面自准单透镜检验凸非球面反射镜的方法。单透镜由凸、凹两个球面构成,凹面为半反半透自准面,使经非球面反射的光线可沿原路返回,从而实现补偿检验。该方法具有结构简单、检测能力强、无中心 遮拦等优点。基于三级像差理论推导了检验系统的初始结构计算公式,给出了不同凸非球面反射镜检验系统的关键参数关系曲线。以 r03=2000 mm 、 e2=－2.4 的凸非球面反射镜为例,求解相应初始结构参数,利用Zemax软件优化得到了系统残余波像差小于 0.05λ 。设计和仿真结果表明所提出的半反半透凹面自准单透镜的检验方法有利于检验各类凸非球面反射镜。

折反射式零位补偿检验是一种综合了Offner折射式和Maksutov反射式补偿检验优点的凹非球面检验 方法,补偿能力强,检测光路紧凑。大口径和大相对孔径非球面检验是制约其加工质量提高的难题,针对口径为4 m、 偏心率为1、顶点曲率半径为16 m的大口径凹抛物面反射镜,设计了折反射式零位补偿器。基于三级像差理论对补偿器的初始结构进行了 规划和计算,采用Zemax软件对初始结构参数进行了优化,得出了补偿器的最终结构,检验光路轴向尺寸约12 m,系统优化后剩余波相差为0.005λ。设计和仿真结果表明,这种折反射式零位补偿器对大口径凹非球 面镜的加工检测是非常有利的。

为了研究双透镜和球面镜之间不同球差分配对折反射式补偿器补偿效果的影响, 以三级像差理论为基础, 针对两个不同相对口径的凹抛物面镜, 采用不同内部球差分配, 分别设计了一组折反射式补偿器, 将结果绘制成曲线.从曲线可看出, 当球面镜球差分配系数从0逐渐增大到0.5时, 对应折反射式补偿器补偿能力先增强, 达到极值后下降.球面镜球差分配系数为零时, 球面镜不承担球差, 球面镜变成半径无穷大的平面镜, 折反射式补偿器即变为Offner 补偿器.研究表明, 折反射式补偿器补偿能力强, 但不同内部球差分配对补偿效果影响较大, 合理选择球面镜球差分配系数对折反射式补偿器设计是有利的.

结合奥夫纳尔折射式零位补偿器和马克苏托夫反射式零位补偿器的优点, 对大口径、大相对孔径凹非球面加工检验提出一种折反射式零位补偿检验法.该方法采用放置在非球面顶点曲率中心之前的两块透镜和一块反射镜来实现大口径凹非球面零位补偿检验.依据三级像差理论, 推导了初始结构计算公式; 通过对口径为1 000 mm、顶点曲率半径为4 000 mm、偏心率为1.05、中心孔为200 mm的凹非球面进行补偿器设计, 完成了原理验证, 优化后系统剩余波像差峰谷值为0.004 2λ.研究结果表明该方法轴向光路长度短, 补偿能力强, 可用于允许部分中心遮拦的大口径、大相对孔径凹非球面检验.

在现代光学检测中,凸非球面的检测一直是一个难点。辅助面的背向零位检测方法, 从三级像差理论出发,通过计算非球面的法距差,来探讨辅助面对凸非球面法距差的补偿校 正能力。这种检验方法可用于偏心率－1/n2几何光学 辅助面补偿 凸非球面检测 geometric optics auxiliary surface compensation convex asphere testing 

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量子电子学报

2014, 31(5): 520