离轴凸非球面的Hindle检测

　　1 引言

　　非球面在现代光学仪器中的应用越来越广泛,特别是高质量的变焦距系统、空间相机等必须采用非球面[1]。随着设计手段和加工仪器的性能越来越强大,大口径非球面的检测是限制其使用的瓶颈。目前,大口径非球面的检测最主要是采用Null透镜检测、Hindle球检测和计算全息片(CGH)检测三种方法。

　　Null透镜检测是最常用的检测非球面方法。此方法首先通过光学设计来设计一个非球面的补偿系统,补偿系统产生的波前与理想非球面产生的波前一致,通过检测理想波前与非球面反射波前的位相差来检测非球面。Null透镜检测主要是用于检测凹非球面,同时它对系统的装配公差要求十分严格[2-5]。

　　计算全息片检测非球面是新近发展起来的检测方法,计算全息片之所以可以用于非球面检测,是因为计算全息片可以将入射波前衍射成设想的波前和位相分布,此时的干涉检测就是检测待检面(非球面)的波前与参考面波前(计算全息的衍射波面)的波差。早期的计算全息片都是在平面基片上制作全息条纹,近来美国Arizona大学的J.H.Burge通过在曲面基片上制作全息条纹来检测凸非球面,这样计算全息片就可以检测大口径、大矢高的凸非球面。计算全息片检测非球面具有检测方法简单、准确的特点,它的检测精度主要是受到计算全息片制作精度的影响,同时全息条纹也很容易受到外界条件的影响[6]。

　　在所有非球面的检测方法中,Hindle球检测是最早、最经典的,同时也是可靠性最高的检测方法,Hindle球主要用于检测凸非球面,具有检测精度高,装调简单等优点,但缺点是当检测大口径凸非球面时,就需要更大口径的Hindle球,这就造成了材料和工艺上的难度。为了解决Hindle球口径过大的问题,Noble等人曾提出采用串接两个Hindle球的方法,沿着光轴的方向放置两个中心通光孔径不同的Hindle球,但Noble等人并没有给出两个Hindle球的方程[7,9]。为了解决此问题,Percino-Zacarias等人给出了两个Hindle球的关系方程,并将两个Hindle球推广到多个Hin-dle球串接的普遍形式[8]。虽然采用串接的方法可以减小Hindle球的尺寸,但是对于离轴凸非球面的检测,串接的方法并不一定有效,因为串接的Hindle与待检非球面共轴,对于非球面边缘的检测同样需要大口径的Hindle球或者是多个Hin-dle球串接,这样就造成加工和装调的困难。针对离轴凸非球面检测的特殊性,作者采用离轴Hindle球,对凸双曲非球面进行检测。此方法可以大大地减小Hindle球的尺寸,同时增加了检测精度。

　　2 检测方法

　　本文需要检测的凸双曲非球面参数为R=910.90364mm,k=-4.83644,口径为φ=174x113mm,凸非球面的偏心为72mm。如图1所示。