专利名称：子孔径拼接检测非球面调整误差补偿方法
技术领域：
本发明涉及光学检测领域，具体涉及一种子孔径拼接检测非球面调整误差补偿方法
背景技术：
在光学系统和光学仪器中利用非球面元件能矫正像差，改善像质，而且可以减小光学系统的尺寸和重量，因此非球面元件正越来越多地被用于天文、空间光学、军事国防、高科技民用等领域，而非球面元件的检测也逐渐受到了关注。子孔径拼接是利用干涉仪小口径的标准球面参考波前对大口径非球面上各区域的相位进行逐次测量，通过子孔径拼接算法可以获得非球面全口径的面形信息。子孔径拼接技术拓宽了干涉仪测量非球面的横向和纵向动态范围，使干涉仪测量非球面的口径和相对孔径都有了很大的增加。此外，由于对小块子孔径区域测量所利用的干涉仪CCD象元面积与全口径干涉测量所利用的干涉仪CCD象元面积是相同的，所以子孔径测量能够获得非球面面形的中高频段的信息。由于子孔径拼接法是利用标准球面波去检测非球面，对于单个子孔径相位数据的测量，需要干涉仪出射波前的曲率半径与待测子孔径区域的最接近球面半径吻合，因此对拼接调整机构的定位精度和重复精度有很高的要求。但是在拼接测量过程中，干涉仪与待测非球面实际的相对位置关系与理论的相对位置关系肯定会存在偏差。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种子孔径拼接检测非球面调整误差补偿方法，该方法能很好的消除和补偿子孔径拼接测量过程中由于调整机构没有对准所带来的误差，从而很好地完成对非球面的子孔径拼接检测。本发明解决技术问题所采用的技术方案如下子孔径拼接检测非球面调整误差补偿方法，该方法包括如下步骤步骤一设定干涉仪，使其参考球波前的曲率半径与待测非球面中心区域的最接近球面半径吻合；步骤二 调整干涉仪与待测非球面的相对位置关系，使干涉仪标准球面波前对准非球面待测区域；步骤三通过模式搜索误差补偿方法，消除标准球面检测偏离量较大的待测非球面时产生的调整误差；步骤四通过子孔径拼接检测技术，实现全口径拼接检测，得到精确的面型结果。本发明的有益效果是本发明利用模式搜索误差补偿方法可以很好的将由于拼接测量位置没有对准带来的调整误差从测量的子孔径相位数据中消除，从而很好地实现多个子孔径的拼接，精确的完成非球面全口径面形拼接检测。
图I本发明子孔径拼接检测非球面调整误差补偿方法子孔径划分图。图2本发明子孔径拼接检测非球面调整误差补偿方法的流程图。图3本发明子孔径拼接检测非球面调整误差补偿方法坐标系定义图。图4本未对调整误差进行寻优补偿面形误差分布图。图5本发明子孔径拼接检测非球面调整误差补偿方法拼接后的面形分布。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。子孔径拼接检测非球面调整误差补偿方法，该方法包括如下步骤步骤一设定干涉仪，使其参考球波前的曲率半径与待测非球面中心区域的最接近球面半径吻合，即测定中心基准子孔径的相位分布；步骤二 调整干涉仪与待测非球面的相对位置关系，使干涉仪标准球面波前对准非球面待测区域，即测定其他子孔径的相位分布；步骤三通过模式搜索误差补偿方法，消除标准球面检测偏离量较大的待测非球面时产生的调整误差；步骤四通过子孔径拼接检测技术，实现全口径拼接检测，得到精确的面型结果。为了验证调整误差补偿方法数学模型的可行性，我们对一偏离量为64. Iym的离轴非球面进行了拼接检测实验。该非球面的通光口径为230mmX 141mm，顶点曲率半径为-1358. 8mm, 二次曲面系数为-I. 59,离轴量为_88. 44mm。待测非球面安置在四维调整机构上，可以精确调整非球面在X轴、Z轴方向上的平动以及沿X轴和Y轴方向的倾斜，干涉仪安装在精密升降机构上，可以调节其在X方向上的平动，所有测试装备都安放在气浮防震平台上，子孔径划分如图I所示。首先，调节好干涉仪，使其参考球面波前的曲率半径与待测非球面中心区域(中心基准子孔径0)的最接近球面半径吻合。调整待测非球面与干涉仪之间的相对位置，使干涉仪出射波前分别对准待测非球面上区域(子孔径I)和下区域(子孔径2)，并分别使子孔径I和子孔径2与基准子孔径0
有一定重叠区域。接下来进行调整误差补偿方法，如图2所示，算法中定义子孔径相位数据除去非共路误差后的相位的RMS值为目标函数f。一般待测非球面都是回转对称的，无需绕Z轴的转动，因此对于单个子孔径的位置调整，仅需考虑5个方向的调整，分别是沿X轴、Y轴和Z轴的平动以及绕X轴和Y轴的转动，调整误差补偿模型中共有5个优化参数，分别dx、dy、dz、a和0 :dx表不沿X轴方向的平移；dy表不沿Y轴方向的平移；dz表不沿Z轴方向的平移；a表示绕X轴的转动；3表示绕Y轴的转动。根据子孔径测量规划，求解测量某一子孔径时，待测非球面与干涉仪之间的相对位置理论调整量dx(l、dy(l、dz(l、a建立待测非球面的母镜坐标系(x，y，z)以及以某个子孔径几何中心为坐标原点的直角坐标系(x’，y’，z’)，如图3所示，Z为光轴方向，O为待测非球面的母镜坐标系原点，o’为某个测量子孔径的几何中心。坐标系(x’，y’，z’ )相对坐标系(x，y，z)的平移和旋转分别为dx、dy、dz、a和旦。
设镜面上任意点A在坐标系(X, y, z)下的坐标为A(x, y, z), A的矢量为A = (xy z 1)T，调整后A在坐标(x’，y’，z’)下的坐标为A’(x’，y’，z’)，A’的矢量为A'=a’ r z’ 1)T。由刚体运动定理可得两个矢量之间的坐标变换矩阵为
权利要求
1.子孔径拼接检测非球面调整误差补偿方法，其特征在于，该方法包括如下步骤步骤一设定干涉仪，使其参考球波前的曲率半径与待测非球面中心区域的最接近球面半径吻合； 步骤二 调整干涉仪与待测非球面的相对位置关系，使干涉仪标准球面波前对准非球面待测区域； 步骤三通过模式搜索误差补偿方法，消除标准球面检测偏离量较大的待测非球面时产生的调整误差； 步骤四通过子孔径拼接检测技术，实现全口径拼接检测，得到精确的面型结果。
全文摘要
子孔径拼接检测非球面调整误差补偿方法涉及光学检测领域，该方法包括如下步骤设定干涉仪，使其参考球波前的曲率半径与待测非球面中心区域的最接近球面半径吻合；调整干涉仪与待测非球面的相对位置关系，使干涉仪标准球面波前对准非球面待测区域；通过模式搜索误差补偿方法，消除标准球面检测偏离量较大的待测非球面时产生的调整误差；通过子孔径拼接检测技术，实现全口径拼接检测，得到精确的面型结果。本发明利用模式搜索误差补偿方法可以很好的将由于拼接测量位置没有对准带来的调整误差从测量的子孔径相位数据中消除，从而很好地实现多个子孔径的拼接，精确的完成非球面全口径面形拼接检测。
文档编号G01B11/24GK102620683SQ20121010116
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月31日 优先权日2012年3月31日
发明者王孝坤 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所