一种检测大口径光学系统中透射镜组的新方法

　　0　引言

　　现代的天文光学系统中,系统的通光口径越来越大,大口径非球面反射镜的应用也越来越多,这些都导致了透射镜组的普遍应用.首先,当前国内外大口径非球面反射镜面形准确度的检测方法中,最广泛应用的方法是补偿器法[1-2],而该检测方法中最关键的部分就是透射镜组.代表国外最高光学加工水平的法国REOSC光学加工中心,对欧南台的8 m极大型望远镜(Very Large Telescope, VLT)主反射镜的面形准确度的检测,就是采用补偿器法[3],利用透射镜组作为非球面主反射镜的补偿器.在国内,中科院长春光机所加工的1.3 m非球面反射镜,同样使用透射镜组作为补偿器来检测其面形准确度[4].

　　其次,通光口径在Ф900 mm级以上的光学系统几乎全部采用反射式系统,如卡塞格林式、格利高里式等[5].但当光学系统需要具有多功能性,如大视场、高分辨率、宽光谱等特性时,纯反射式系统校正像差的变数少,无法满足要求.因此加入透射镜组来校正相应的像差,被普遍应用于大口径的光学系统中.国外的4.1 m可见光和红外监视天文望远镜( Visible and Infrared Survey Telescope ofAstronomy, VISTA)光学系统[6],4.2 m发现频道望远镜(Discovery Channel Telescope, DCT)光学系统都采用将透射镜组放置在次镜与第一像面之间的方法[7],来消除大视场等要求带来的像差.

　　本文首先介绍了透射镜组在光学系统中所发挥的作用,然后以两个实际的光学系统为例,针对透射镜组装调完成后整体组件不能直接检测的缺点,提出了一种新的检测方法来检测最后整体镜组的质量,以验证各元件的装调对准误差是否满足要求.随后对使用该方法检测透射镜组的过程进行了详细描述,最后将实际检测结果与设计和分析结果进行了比较,得出了相应的结论.

　　1　典型应用

　　透射镜组重要而广泛的应用主要有两种:一种是作为补偿器检测大口径非球面反射镜的面形误差,一种是用在大口径反射光学系统中校正像差.

　　透射镜组作为非球面反射镜检测过程中的补偿器光路图.在图1中,由两个小口径球面透镜组成的透射镜组作为补偿器[8],将入射的球面波前补偿为被测镜的理想非球面波前.这样光束经过被测镜反射后原路返回,经补偿器后再次变为球面波,从而与参考球面波相干涉,得到系统的面形误差信息.

　　图2是透射镜组作为反射光学系统中的校正镜部分校正像差的光路图.整个系统只有一片非球面反射镜,由四片透射镜组构成校正像差的主要部分,来消除系统残余的彗差、像散、色差和畸变.

　　在这两种应用中,透射镜组都是关键的组成部分,因此要求其光学元件加工、装调对准都具有很高的准确度.对这两种重要的应用中的透射镜组,每一步对指标要求的检测都具有重要意义,都是必要而严格的.