非球面反射镜的自动化调整系统

　　1.前言

　　光学系统经常使用一些非球面元件以便使系统的重量和尺寸最小化的同时使效能达到最大。然而在制造和安装这些系统时增加的困难是显著提高了总的费用。金刚石车削工艺使设计和制造“紧配合”非球面系统成为可能。这项技术使用精密参照表面，它保证装置的准直。这仍旧是个例外，因为能进行金刚石车削的材料是有限制的，并且金刚石车削在可达到的表面光洁度上是有固有限制的。较典型地、非球面镜片在加工过程中必须经常进行校准和检测以保证形状的质量。制成以后，这些元件要在各自的系统内组装起来，在调整的每一步都要非常精确和细心。一旦调整需要，就要在系统上投入大量的技巧和时间。需要许多非球面光学系统的方案由于这些必需的调整步骤将蒙受大量重复累加的花费，故希望有能大大降低这种方案成本的自动校准的方法。

　　将受益于自动化非球面调整工作的例子是为了准直来自点光源的光而对离轴抛物面的调整。这种调整情况出现在抛物面的检测，远焦望远镜的调整及其他地方。对于这个调　　整问题在以前的文章2中描述了一个新情况。在那里所介绍的方法为抛物面镜的干涉计量调整提供了一个有效而系统的步骤。通过利用辅助光学系统以达到反射光准直的途径也可以把这项技术应用到其他非球面表面。

　　本文的目的就是研究出一种调整程序的自动化方法，使非专业人员也能在标准方式下应用它。我们先回顾在以前文章中建立起　来的步骤。提出了一个设想的自动化计划并且讨论了必须的图像处理步骤。依靠图像处理的控制系统画出了示意图并且考虑推广到一般的非球面镜上。

　　2.调整步骤

　　使用角反射镜法，利用一个有发散球面波前的干涉仪可以进行抛物面的系统调整，以获得准直光束。基午俯仰，偏转和焦距首先定义一个坐标系统就能很好地描述这一过程。俯仰和偏转规定了抛物面相对于两个相互垂直轴的转动。俯仰轴垂直于母体抛物面的光轴，平行于光学平台，并且通过抛物面开口的中心。俯仰是抛物面偏离平行于光学平台的平面绕着这个轴旋转的量度。偏转轴是一条垂直于包含母体抛物面的光学轴和来自干涉仪中心射线的平面的一条直线。偏转是抛物面在光学平台平面内转动的度量。第三个轴或叫焦距轴认为是在沿着平行于母体抛物面光轴的方向上平移的尺度。角棱镜调整技术在开始的粗调中使用，本文假定镜片被固定在机械上合理的界限内以使得俯仰和偏转修正量很小(几度)且焦距定位在它的正确位置的大约1mm之内。

　　一旦镜片相对于干涉仪被固定，调整工作就开始。角反射棱镜定位在从抛物面反射的类准直光束上，角反射棱镜的像将出现在干涉仪中，且在角反射棱镜像的中心将出现同心干涉条纹，干涉条纹的数目、形状和取向都包含着特定的信息，这些信息能独立地解释正确的俯仰、偏转和焦距的修正量。