离轴非球面反射镜检测方法的研究

论文摘要

随着非球面的广泛应用,非球面的检测也显得尤为重要。本文针对多种类型的非球面镜开展其检测方法的研究,如离轴凸抛物面,离轴凹抛物面,离轴凸双曲面,离轴凹双曲面,离轴凸椭球面,离轴凹椭球面。主要通过无像差点检验和补偿法检验对不同的类型的非球面的检测方法进行研究,并使检测方案满足目前采用的ZYGO干涉检测或4D干涉检测。以口径为φ220mm,离轴量为225mm的离轴凸双曲面反射镜为例,介绍了双曲面镜的几种检测方案,根据实际情况,选用离轴Hindle球检验方案。基于三级像差原理以及非球面的特性,计算及推导离轴非球面检测光学系统的初始解,利用Zemax光学设计软件进行优化,给出设计的最终结果,搭建检测光路,并将这些设计参数应用于实际的镜面加工中,使用基于动态的4D干涉仪进行检测,得出干涉图,经过误差分析保证检测光路的测量误差在允许的误差范围内,最终凸双曲面镜的RMS为0.0199入达到期望的结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 图表目录
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 国内外的研究现状
• 1.3 本课题的主要内容和研究意义
• 2 非球面检测和加工的基本理论
• 2.1 非球面的理论知识
• 2.1.1 轴对称非球面的数学表达式
• 2.1.2 二次非球面的法线像差
• 2.1.3 二次非球面的光学性质
• 2.1.4 最接近球面
• 2.2 三级像差理论
• 2.2.1 基本概念
• 2.2.2 单色像差表示式
• 2.3 本章小结
• 3 非球面反射镜检测方法的研究
• 3.1 无像差点检验
• 3.1.1 凹面镜的检验
• 3.1.2 凸面镜的检验
• 3.2 补偿法检验
• 3.2.1 透镜补偿
• 3.2.2 反射镜补偿
• 3.3 本章小结
• 4 离轴凸双曲面反射镜的检测
• 4.1 系统结构的介绍
• 4.1.1 平行光管的系统结构
• 4.1.2 主镜与次镜的技术参数
• 4.2 离轴凸双曲面的检测方法
• 4.2.1 凸双曲面的折射无像差点检验
• 4.2.2 透镜组补偿检验
• 4.2.3 零位检验原理
• 4.2.4 Hindle球检验
• 4.2.5 串接Hindle球检验
• 4.2.6 离轴Hindle球检验
• 4.3 离轴Hindle球检验方案的初始解
• 4.4 离轴Hindle球检验方案的Zemax优化
• 4.5 本章小结
• 5 离轴凸双曲面反射镜的加工
• 5.1 离轴凸双曲面的加工方法
• 5.2 离轴凸双曲面的磨削量的计算
• 5.2.1 起始球面的选择
• 5.2.2 磨削量的计算
• 5.3 离轴凸双曲面的加工工艺过程
• 5.3.1 离轴凸双曲面的粗磨
• 5.3.2 离轴凸双曲面的细磨
• 5.3.3 离轴凸双曲面的抛光
• 5.4 本章小结
• 6 离轴凸双曲面的检测光路搭建及误差分析
• 6.1 离轴凸双曲面反射镜检验光路的搭建
• 6.2 误差分析
• 6.2.1 球面镜的精度
• 6.2.2 光路调整中距离的控制
• 6.3 结果和干涉图
• 6.4 本章小结
• 7 论文总结
• 致谢
• 参考文献