一种离轴凸双曲面单修加工及检测方法的研究

　　0　引言

　　离轴反射式光学系统由于它无遮拦、无色差等特点，所以得到了越来越广泛的应用，其中大口径非球面光学元件已成为起支撑作用的关键部件之一，随之 而来的是大口径离轴非球面的加工、抛光、镀膜、控制以及面形检测等诸多难题，尤其是其中的一些大口径、大离轴量的凸非球面。所以此类非球面的加工和检验一 直是光学制造检测领域迫切需要研究解决的关键技术。

　　本文结合一块口径φ230mm的离轴凸双曲面镜，在分析现有加工检验方法的基础上，提出了离轴凸双曲面单修加工以及用离轴Hindle球检测的方案。检测结果表明，此方案可行、实用。

　　1　离轴凸双曲面的加工与检测分析

　　在20m焦距离轴平行光管光学系统中，次镜为离轴 凸 双 曲 面，其 顶 点 曲 率 半 径R0=6666.666667mm，口径为φ230mm，离轴量为226mm，偏心率的平方e2=5.444264，材料为熔石英或微晶，面形精度要求 RMS优于λ/40(λ=632.8nm)。

　　针对此离轴凸双曲面的加工，若拼盘加工，则需要的母镜口径最小为φ682mm，如此大的熔石英或微晶，其价格昂贵，加工成本上升[1]。

　　检测母镜凸面需用的辅助镜Hindle球，其口径大于1.3m，如此大口径的Hindle球，对其本身的加工检验就很困难[2，3]。

　　若采用透射补偿检验母镜，将凸面的反面凹面作为会聚反射面，从三级像差理论出发，设计Offner补偿器来检测凹面[4—6]，图1所示为检验 系统光路图。此检验方法虽有检测镜口径小、易加工的优点，但是对母镜的材料要求很高，光线需要透过母镜的背面。由于微晶玻璃存在透过率差的问题，故母镜只 可采用熔石英。同时，因为熔石英的均匀性非常好，光线通过母镜背面平面，要求该平面的面形精度相当高。采用此方法检验，需要加工两个面，难度系数加大，加 工周期变长。此外，检测光路对补偿器的装配要求也非常苛刻。

　　综上所述，采用单修加工技术，无论是加工成本还是检测方法都最为合理。

　　2　离轴凸双曲面的单修加工技术

　　起始球面选择的合理性，关系到在离轴凸双曲面镜加工中非球面度的大小，且直接决定着加工的周期和成本。在单修加工中，计算离轴凸双曲面非球面度 有两种方法：一是把离轴凸双曲面作为轴对称凸双曲面的一部分;二是以离轴双曲面中心为坐标原点，用两种方法分别计算非球面度，找出更优方案。

　　2.1　作为轴对称凸双曲面的一部分

　　图2所示为加工示意图。在子午截面内，离轴凸双曲面的范围从B(x2，y2)到A(x1，y1)，D(x3，y3)为离轴凸双曲面的中心点，O为母双曲面的中心点，虚线表示起始球面，球心为C(c，0)。