应用条纹投影法测量薄膜反射镜的成形

　　1　引　言

　　近年来，以柔性薄膜为基底材料的新概念反射镜受到了国内外相关学者的极大关注。与其他的传统大口径反射镜相比，薄膜反射镜应用于空间领域具有加工周期短、成本低、收藏体积小、展开可靠性高、重量轻等十分明显的优点[1-2]。因此，研究薄膜反射镜在空间光学领域的应用有着巨大的潜质。进一步研究薄膜反射镜的成形控制方法需要反射镜的面形测量值作为回馈和验证。目前美国国家航空航天局(NASA)马歇尔空间飞行中心和SRS科学学会采用朗奇法测量了Ф410mm口径薄膜反射镜的球面面形[3]。美国空军研究实验室用哈德曼法测量了Ф279.4mm(11in)口径薄膜反射镜的球面面形[4]。

　　SRS科学学会采用了网格成像法测量Ф1m口径静电薄膜反射镜曲面面形，定性分析了薄膜成形过程和单电极影响[5]。亚利桑那大学提出使用补偿检验的方法测量Ф152.4mm(6in)口径薄膜反射镜的抛物面面形[6]。国内齐迎春提出了用传统零位检验的方法来测量薄膜反射镜的抛物面面形[7]。实验显示，朗奇法和哈德曼法测量时需要不断寻找光汇聚点，而且在薄膜变小形，焦距长的情况下无法进行测量;网格成像法只适用于定性分析，无法实现面形定量测量;而传统的零位检验法无法对焦距不固定的薄膜反射镜进行面测量。所以原有的薄膜反射镜面形测量方法存在局限性，不适合作为现阶段薄膜反射镜面测量的方法。基于上述原因，本文提出了基于正弦条纹投影的反射镜面形测量方法，搭建了测量平台，并在此平台上对优化控制下的Φ300mm静电拉伸薄膜反射镜面形进行了多次测量，给出并分析了测试结果。

　　2　薄膜反射镜初步测量

　　首先，通过分析薄膜表面粗糙度和测量通电前薄膜反射镜的平面面形来确定薄膜反射镜面形精度范围，用于确定薄膜反射镜面形测量的方法。

　　采用WYKO光学轮廓仪测量薄膜的表面粗糙度，表面粗糙度实验结果如图1所示：Ra(Sur-face　Roughness　Average)为153.74nm，Rq(RMSSurface　Roughness)为230.01nm。另 外 利 用Zygo干涉仪测量通电前薄膜反射镜平面的面形质量如 图2所示，PV值 为9.795λ，RMS值 为1.026λ(λ=632.8nm)。

　　从图1看到，薄膜表面粗糙度在1/4λ左右，直接限制了薄膜反射镜的最高面形精度。另外图2面形测量中有些没有干涉条纹的区域，这是由薄膜材料本身的表面粗糙超度出了干涉仪的量程，而且存在小褶皱致使薄膜表面相应区域反射的光无法回到干涉仪的入瞳造成的。这从一个侧面反映了现有的镀铝聚酰亚胺薄膜材料的质量还达不到用干涉仪测量其面形的水平，因此要测量这种材料薄膜反射镜的面形精度需要求助于其他的测量方法;换言之，要使薄膜反射镜最终达到高质量成像水平，需要进一步改善薄膜材料的质量。目前静电拉伸薄膜反射镜正处于面形控制实验研究阶段，要求薄膜反射镜面形控制方法能对以抛物面为目标的不同焦距曲面成形。所以从初步实验结果和实验需求的基础上可以归纳出薄膜反射镜面形测量有如下特点：