[发明专利]一种带有运动坐标反馈的子孔径拼接面形检测装置

说明书

技术领域

本发明属于光学检测技术领域，涉及一种带有运动坐标反馈的子孔径拼接面形检测装置。

背景技术

随着科学技术的不断发展，大口径光学系统在天文光学、空间光学、空间目标探测与识别、惯性约束聚变（ICF）等高技术领域得到了越来越广泛的应用，因此大口径光学元件的制造需要与之精度相适应的检测方法和仪器。

目前大口径光学元件的表面加工质量一般是使用大口径的移相干涉仪，这就要求要有一块与被测元件尺寸相同或者更大的标准面形，而这样一个高精度的标准表面，不仅加工难度极大，而且制造周期长，制造成本高，这些都无形地增加了检测的成本和难度。为了寻求一种低成本的检测手段，国外在20世纪80年代开展了子孔径拼接这一方案的研究，即使用小口径、高精度、高分辨率的干涉仪通过相关拼接技术来复原大口径光学元件的波前相位数据，这是一项新的高精度、大孔径面形检测手段，它既保留了干涉测量的高精度，又免去了使用与全孔径尺寸相同的标准波面，从而大大降低了成本，同时还可以获得大孔径干涉仪所截去的波面高频信息。

子孔径测试概念是在1982年，由美国Arizona光学中心的C.J.Kim首先提出来的，他使用小口径平面反射镜阵列代替大口径平面反射镜实现了抛物面镜的自准直检验。上世纪90年代初，随着计算机控制及数据处理技术的不断发展，该技术逐步转入到应用研究阶段。S.T.Theodore将子孔径测试技术应用于一种改进的Ritchey-Common配置中，该配置比通常的Ritchey-Common配置具有较短的光程，能够有效减少大气扰动的影响，而且返回光学元件的直径小于测试光束的直径。

这期间发展的拼接算法使多个子孔径的重叠区的不匹配最小化，以达到高空间分辨率的全孔径面形重构，并且误差均化思想的引入使得拼接算法的精度有了很大的提高，这些相关技术主要应用在大口径平面面形检验，用于扩展其横向动态范围。

1997年，M.Bray制造出实用化的用于大口径光学平面元件检测的子孔径拼接干涉仪。随后几年，M.Bray将功率谱密度（PSD）概念引入到拼接干涉仪特性分析中，分析表明它能较准确地描述由子孔径边缘效应引起的拼接“噪声”。

2003年美国QED技术公司研制成功了SSI自动拼接干涉仪，能够高精度检测口径200mm以内的平面、球面、适当偏离度的非球面。其拼接算法在继承了早期算法的优点外，还补偿了通常算法所校正的相对调整误差之外的系统误差，进一步提高了拼接精度。

国内，子孔径测试技术的研究开始于上世纪90年代初，主要用于大口径平面光学元件检测。南京理工大学把子孔径测试技术应用到相移平面干涉仪中，将测试口径范围从250mm扩展到500mm。

90年代中后期，浙江大学现代光学仪器国家重点实验室用子孔径测试技术检验了某资源卫星的RC光学系统，并提出了拼接目标函数分析法，在减少子孔径间两两拼接造成误差累积和传递方面具有积极的意义。

从子孔径拼接干涉仪的使用原理来说，子孔径拼接干涉仪通常使用二维平移台或多维平移台控制待测镜移动。待测镜在二维平移移动过程中引起的x,y方向定位误差和x,y方向倾斜误差会影响拼接精度。在本发明中，在子孔径拼接过程中，利用五轴测长干涉仪，测出x，y，θ_x,θ_y在移动过程中产生的误差，并代入到拼接算法中去，从而提高拼接精度。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种带有运动坐标反馈的子孔径拼接面形检测装置，以实现在检测过程中测量待测镜平移时引起的倾斜和定位误差，同时把误差代入算法中进行补偿。