[发明专利]高空间分辨率子孔径拼接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于小孔径角干涉仪、高精度六维运动平台的超高空间分辨率子孔径拼接方法。

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、地基空间目标探测与识别等高技术领域得到了越来越广泛的应用，其表面面形的检测与评价直接影响着其制造精度与成像质量。但是对于大口径的光学元件，原来的整镜检测技术已经不能适应需要。

子孔径拼接技术是一种以低成本、高分辨率检测大口径光学元件的有效手段。当被测平面光学元件尺寸超过干涉仪口径，或者检测非球面所产生的干涉条纹密度大于CCD空间分辨率，利用小口径干涉仪每次仅检测整个光学元件的一部分区域(子孔径)，待完成全孔径测量后，再使用适当的算法“拼接”就可得到全孔径面形信息。

拼接技术可以分为相关拼接与非相关拼接。相关拼接技术的基本思想是在拼接区提取相关信息并将多次测量结果拼接起来，得到被测物体的全部信息，进而得到面形评价指标。这种方法虽然降低了对于测量仪器的要求，但是不仅增加了解算成本而且拼接误差与拼接顺序以及重叠区域大小都有复杂的关系，这给实际的工程应用带来很大的不便；非相关拼接是利用面形数据的统计特性，忽略一些非相关的因素，直接得到面形评价指标的方法，其算法时空效率高，同时由于非相关拼接多在频域完成，由系统的定位误差带来的低频扰动也很好去除。

时域分析已广泛应用于各种中小口径的反射镜面形分析之中，其主要特点为需要全部的时域信息，同时信息元素之间的相对位置关系也要求较为严格，同时只能在一个尺度上给出评价；但是对于大口径的反射镜，这种评价方法就具有一定的局限性，首先，因为大口径反射镜在制造时多使用小尺寸磨削工具，会产生子孔径尺度或中空间频率(mid-spatialfrequencies)上的不规则性，尤其是对于非球面和自由面加工，局部磨削的光滑性依赖于工具造成的影响分布的均匀性，以及保压时间的控制程度。其次，大口径反射镜一般采用多点支撑，支撑点数越多，越容易产生中空间频率误差。中空间频率产生了不规则性（波纹），它们比光学元件的口径小几倍，但是又大于精密的表面结构，即镜面的表面粗糙度，这种中频误差是传统基于时域的评价方法难以反映的。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种高空间分辨率子孔径拼接方法，满足超高精度的大口径面型检测。

高空间分辨率子孔径拼接方法，该方法由以下步骤实现：

步骤一、将干涉仪与高精度六维运动台固定，利用补偿镜头将干涉仪发出的平面波变为待测表面对应的波形；

步骤二、驱动Stewart平台带动小孔径角的镜头围绕待测表面的零像差点进行转动，获得待测表面的子孔径位置以及波像差数据；

步骤三、对步骤二获得的子孔径位置及波前数据进行分析，实现待测表面的子孔径拼接；通过获得的子孔径的波前拟合待测表面整体波前的Zernike系数，实现去除子孔径的低阶像差；利用周期图法从子孔径得到整体待测表面的功率谱，并利用功率谱得到镜面的斜率均方根；

具体过程为：利用二维功率谱及功率谱频域平均半径，将二维功率谱坍陷为一维形式：

ρ‾i=1NiΣNi-1Niρl]]>