CN101685192B - 抑制大镜面像散变形的支撑装调方法 - Google Patents
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Abstract
一种抑制大镜面像散变形的支撑装调方法，先测量含大镜面的光学***的波前畸变或大镜面的面型轮廓，数据拟合得到像散变形的方向、大小。用“十”字形或近似“十”字形的支撑、调整方法，调整之后再测前畸变或面型轮廓，数据拟合得到经调整的像散变形的方向、大小，若波前畸变较前减小或面型轮廓更靠近设计结果，则沿之前调整方向再次调整；若波前畸变较前减小或面型轮廓偏离设计结果，则沿之前调整的反方向再次调整。重复前述调整、测量至满足设计要求。本发明解决了背景技术中支撑和调整复杂、难以修正变形误差、分析数据量和难度较大、调整过程缓慢及调整精度低的技术问题。本发明对大镜面装配结构设计要求较低，实现简便。
Description
技术领域
本发明涉及一种抑制大镜面变形的支撑装调方法，具体涉及一种抑制大镜面像散变形的“十”字形或近似“十”字形的支撑装调方法。
背景技术
在光学装调工程中，大镜面的像散变形是经常遇到比较棘手的问题。针对大镜面的变形，现有的装调方法主要有下列三种：
一种是彻底释放应力的方法。即通过减小外力对镜胚弹性体的作用，最终使大镜面回复至几乎不受外力的理想面型。该方法在具体实施时很难达到几乎不受外力的理想面型，装调效果主要取决于装配大镜面的结构设计的优良程度，同时受使用环境的影响较大，任何大的震动、温差、冲击、气流都会改变预期的效果，所以实施难度大。
另一种是通过仿真计算在加工阶段预留变形量的方法。该方法通过计算机仿真，计算出装调、使用阶段的变形量，在加工阶段加入补偿函数，提前预留变形量，在装调、使用时直接达到最佳面型。该方法取决于仿真精度，而仿真计算很难建立真正符合工程实际的数学模型，一旦补偿函数偏差较大，不仅无法修正变形误差，还会直接造成大镜面的加工失败。
还有一种是主动施力干预面型的方法，其通常采用较复杂的多点支撑方式，由于支撑和调整的措施过于复杂，导致调整过程缓慢，大镜面面型变化对调整量的反应不直接，面型变化后难以快速通过重新调整恢复，分析数据量和难度较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抑制大镜面像散变形的支撑装调方法，其解决了背景技术中支撑和调整的措施复杂，难以修正变形误差，分析数据量和难度较大，调整过程缓慢，调整精度低的技术问题。
本发明的设计方案如下：
一种抑制大镜面像散变形的支撑装调方法，其主要包括以下实现步骤：
步骤一：测量包含大镜面1的光学***的波前畸变，或者直接测量大镜面1的面型轮廓；
步骤二：对波前畸变或面型轮廓进行数据拟合，得到像散变形的大小和像散方向b；
步骤三：在大镜面1的支撑面3上设置支撑点4，使支撑点4连线的排列方向a与像散方向b相垂直或趋近垂直；
步骤四：在大镜面1的调整面5上设置顶拉调整机构，使顶拉调整机构的调整方向与像散方向b相同；
步骤五：调整顶拉调整机构；然后，测量大镜面1或包含大镜面1的光学***的波前畸变，或测量大镜面1的面型轮廓；
步骤六：判断波前畸变或面型轮廓是否满足设计要求的波前畸变或面型轮廓；
步骤七：对波前畸变或面型轮廓进行数据拟合，得到经过调整之后的像散变形的大小和像散方向b；
步骤八：如果步骤七的波前畸变相对于步骤一的波前畸变进一步减小，或步骤七的面型轮廓与设计要求结果的误差相对于步骤一的面型轮廓与设计要求结果的误差进一步减小，则沿着步骤五的调整方向再次调整顶拉调整机构；如果步骤七的波前畸变相对于步骤一的波前畸变进一步增大，或步骤七的面型轮廓与设计要求结果的误差相对于步骤一的面型轮廓与设计要求结果的误差进一步增大，则沿着与步骤五调整方向相反的方向再次调整顶拉调整机构；
步骤九：重复步骤五至八，直至满足设计要求的波前畸变或面型轮廓。
以上所述支撑点4的连线为直线或近似为直线。
以上所述测量包含大镜面1光学***的波前畸变可以采用干涉仪2或波前传感器等，所述测量大镜面1的面型轮廓可以采用干涉仪2、波前传感器或轮廓测量装置等。
以上所述测量大镜面1的面型轮廓所采用的轮廓测量装置采用接触轮廓测量仪或非接触轮廓测量仪均可。
本发明具有如下优点：
1.本发明可有效抑制圆对称大镜面的像散变形，使光学***装调结果的像散像差和彗差像差大幅降低，从而使光学***波前畸变误差快速收敛。
2.采用“十”字形或近似“十”字形的支撑调整，调整方法简单，大镜面面型变化对调整量反应直接，分析数据量小，易于实现。
3.对大镜面装配结构设计要求较低，调整结构简单，实现简便。
4.实现工艺步骤简单，目标函数优化的调整方向容易判断。
5.调整效率高，目标函数收敛速度快。
6.利于形成自动调整装置。
7.边调整边测量，根据测量结果及时、快速修正，精度高，直至实测面型达到要求。
附图说明
图1为本发明测量光路的示意图。
图2为本发明实施时的布局示意图。
附图图面说明：1-大镜面，2-干涉仪，3-支撑面，4-支撑点，5-调整面；a-支撑点连线的排列方向，b-像散方向。
具体实施方式
本发明的原理：大镜面作为主反射镜的光学***，经过常规装调后仍然存在的像散像差通常主要由大镜面本身变形引起，那么，对光学***波前畸变测量结果分析得到的像散方向，或直接测量大镜面波前畸变结果分析得到的像散方向，均与大镜面自身变形方向直接相关。任何光学材料在分析其表面变形时均可视为弹性体，其力学变形关系均满足广义胡克定律。光学干涉测量结果可以表征经大镜面反射后激光波面的畸变，激光波面的畸变可以间接表征大镜面面型变化，同时间接表征镜胚弹性体的应变状况，因此，根据广义胡克定律，可以得到抑制变形的调整力的分布、大小和方向。本发明根据像散像差的基本特征，将变形大镜面简单拟合为一个马鞍形二次曲面，则可得到一对施力和受力的简单模型，即大镜面镜胚弹性体的支撑和调整机构要沿“十”字形或近似“十”字形的方向分布，简称为“十”字形分布。在本发明的调整过程中，镜胚弹性体的应变方向会受环境温度、振动、姿态等因素影响而发生变化，在每次光学检测完成后，重新修正支撑和调整机构的分布方向，使之随像散方向而变化，则可确保抑制手段的持续有效性。
本发明的具体实现步骤如下：
步骤一：通过干涉仪2或波前传感器测量包含大镜面1的光学***的波前畸变。或者通过波前传感器、轮廓测量装置或干涉仪2直接测量大镜面的面型轮廓。轮廓测量装置可以是接触轮廓测量仪，也可以是非接触轮廓测量仪。参见图1。
步骤二：对波前畸变或面型轮廓进行数据拟合，得到像散变形的大小和像散方向b。参见图2。
步骤三：在大镜面的支撑面3上设置支撑点4，使支撑点4连线的排列方向a与像散方向b相垂直或趋近垂直，形成“十”字形或近似“十”字形。支撑点4的连线为直线或近似为直线。参见图2。
步骤四：在大镜面的调整面5上设置顶拉调整机构，使顶拉调整机构的调整方向与像散方向b相同。
步骤五：调整顶拉调整机构，调整方向可随意选择。然后，测量调整后的大镜面1或包含大镜面1的光学***的波前畸变，或直接测量调整后的大镜面1的面型轮廓。
步骤六：判断波前畸变或面型轮廓是否满足设计要求的波前畸变或面型轮廓；
步骤七：对波前畸变或面型轮廓进行数据拟合，得到经过调整之后的像散变形的大小和像散方向b。
步骤八：如果步骤七的波前畸变相比步骤一的波前畸变进一步减小，则沿着步骤五的调整方向再次调整顶拉调整机构。或者，步骤七的面型轮廓与设计要求的面型轮廓之间的误差与步骤一的面型轮廓与设计要求的面型轮廓之间的误差，二者相比，如果前者是进一步减小的，则沿着步骤五的调整方向再次调整顶拉调整机构。如果步骤七的波前畸变相比步骤一的波前畸变进一步增大，则沿着与步骤五调整方向相反的方向再次调整顶拉调整机构。或者，步骤七的面型轮廓与设计要求的面型轮廓之间的误差与步骤一的面型轮廓与设计要求的面型轮廓之间的误差，二者相比，如果前者是进一步增大的，则沿着与步骤五调整方向相反的方向再次调整顶拉调整机构。
步骤九：重复步骤五至八，直至满足设计要求的波前畸变或面型轮廓。
Claims (4)
1.一种抑制大镜面像散变形的支撑装调方法，其主要包括以下实现步骤：
步骤一：测量包含大镜面(1)的光学***的波前畸变，或者直接测量大镜面(1)的面型轮廓；
步骤二：对波前畸变或面型轮廓进行数据拟合，得到像散变形的大小和像散方向(b)；
步骤三：在大镜面(1)的支撑面(3)上设置支撑点(4)，使支撑点(4)连线的排列方向(a)与像散方向(b)相垂直或趋近垂直；
步骤四：在大镜面(1)的调整面(5)上设置顶拉调整机构，使顶拉调整机构的调整方向与像散方向(b)相同；
步骤五：调整顶拉调整机构；然后，测量大镜面(1)或包含大镜面(1)的光学***的波前畸变，或测量大镜面(1)的面型轮廓；
步骤六：判断波前畸变或面型轮廓是否满足设计要求的波前畸变或面型轮廓；
步骤七：对波前畸变或面型轮廓进行数据拟合，得到经过调整之后的像散变形的大小和像散方向(b)；
步骤八：如果步骤七的波前畸变相对于步骤一的波前畸变进一步减小，或步骤七的面型轮廓与设计要求结果的误差相对于步骤一的面型轮廓与设计要求结果的误差进一步减小，则沿着步骤五的调整方向再次调整顶拉调整机构；如果步骤七的波前畸变相对于步骤一的波前畸变进一步增大，或步骤七的面型轮廓与设计要求结果的误差相对于步骤一的面型轮廓与设计要求结果的误差进一步增大，则沿着与步骤五调整方向相反的方向再次调整顶拉调整机构；
步骤九：重复步骤五至八，直至满足设计要求的波前畸变或面型轮廓。
2.根据权利要求1所述的抑制大镜面像散变形的支撑装调方法，其特征在于：所述支撑点(4)的连线为直线或近似为直线。
3.根据权利要求1或2所述的抑制大镜面像散变形的支撑装调方法，其特征在于：所述测量包含大镜面(1)光学***的波前畸变是采用干涉仪(2)或波前传感器，所述测量大镜面(1)的面型轮廓是采用干涉仪(2)、波前传感器或轮廓测量装置。
4.根据权利要求3所述的抑制大镜面像散变形的支撑装调方法，其特征在于：所述的测量大镜面(1)的面型轮廓所采用的轮廓测量装置为接触轮廓测量仪或非接触轮廓测量仪。
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