凸二次非球面反射镜的自准法检验

　　0引言

　　在反射光学系统中经常使用凸非球面反射镜，例如卡塞格林系统的次镜、航天相机二反镜TMA系统的凸次镜等。通常检验凸非球面面形误差的方法是使用大口径标准辅助球面镜实施无像差点检验(即Hindle球检验)，或者使用补偿器检验。采用Hindle球检验时，因球镜面口径过于庞大，往往比被检验面大几倍[1]，使大口径高精度球面镜的加工更困难，同时还面临高精度的光路调蔡与大镜面的夹持的难题。

　　对凸非球面进行补偿检验就是专门设计的补偿器所产生的像差与凸非球面所产生的像差互补，在无像差点通过刀口仪或者数字干涉仪进行检验。补偿检验的优点是可以通过设计补偿器对非球面系数大的曲面进行检验，但对补偿器的加工和装配要求非常苛刻，同时对检验时的空气间隔要求也非常严格。

　　日前，国际上流行将计算机全息图(CGH)干涉术和位相自动探测技术结合起来，对非球面面形进行高精度、快速和实时检测。此方法基于CGH便于存储和提供各种特定形式的光波函数的特点。但也仅是最近才在美国和俄罗斯等少数发达国家的实验室中得到压用。这种方法所需的昂贵的实验设备，较高的实验技巧限制了其更为广泛的应用[2-3]二次曲面凸镜的检验一直是比较棘手的间题，由于镜面加工的精度取决于检验的精度，所以如何准确决速地检测镜面的面形是加工获得高精度凸非球面的关键。

　　一个简便的方法是利用凸非球面的性质设计进行自准检验。本文结合如OOR -C系统的凸次镜的实际压用，介绍了透射式自准检验和反射式自准检验两种方法，分析了这两种方法的检测精度，并和经典的Hindle球检验方法进行了比较，给出了凸次镜的最终检测结果。

　　1透射式自准检验和反射式自准检验的思想基础

　　诺尔曼介绍过一种关于凸双曲面检验的方法。如果平凸透镜的凸面是二次曲面，并且该曲面的偏心率与制造该透镜所用的材料折射率相同时，则此平凸透镜能使位于其轴线上的无限远处的点光源形成一无像差的像点。为了确定凸表面的面形，通过检验离透镜凸面一倍焦距远处的、从其平面或一个与此平面平行的平面镜反射回来的点光源自准像，就可以判断其凸面的面形。能用此方法检验的二次曲面的变化范围受折射率的可能变化范围的限制。当玻璃的折射率在1.5~1.8范围内变化时，这种方法可用于对放大率为3.5~5之间的双曲面的检验。此检验方法对玻璃折射率和双曲面的放大率有很大的限制，因此压用比较麻烦。

　　受诺尔曼的启迪，如果可以排除玻璃折射率和放大率的影响，通过利用非球面透镜的球面或者平面，总能找到一个物点O，使它的像点O’没有二级球差。此时，往往点像的像差实际卜不存在，或者对于非球面相当大的相对口径有可以允许的像差。当然对于每一具体情况需要进行结构求解和光学追迹，以最终获得精确的结构参数。