[发明专利]干涉检测中的CCD坐标系与镜面坐标系非线性关系标定方法

说明书

本发明提出一种干涉检测中的CCD坐标系与镜面坐标系非线性关系标定方法，所利用的的非线性标定系统主要由激光干涉仪、补偿器、待测反射镜及其调整机构、柔性标定靶带组成。标定时，柔性标定靶带粘贴在待测反射镜镜面上。通过测量及数据处理，可获取待测反射镜的镜面坐标系与激光干涉仪CCD坐标系之间的非线性关系方程。根据非线性关系方程，可对实际测量的面形误差分布进行非线性矫正。本发明不但可以用于指导大口径、大曲率反射镜加工中的精确检测；还可以用于光学系统全链路仿真中，镜面坐标系与系统仿真模型的笛卡尔坐标系之间的非线性矫正和补偿。

技术领域

本发明涉及干涉检测中的CCD坐标系与镜面坐标系非线性关系标定方法，涉及大口径非球面面形干涉检测中CCD坐标系与镜面坐标系非线性关系投影畸变矫正方法，属于非球面光学制造的测量技术领域。

背景技术

随着科学技术的发展，大口径非球面反射镜在天文、空间光学和军事领域得带越来越广泛的应用，口径和曲率半径越来越大，对光学加工和检测的要求越高。目前大口径非球面的检测普遍采用补偿器零位干涉检测法，通过干涉仪光学系统和补偿器将镜面坐标系变化到测量坐标系(即CCD坐标系)。

对于球面反射镜，CCD坐标系与镜面坐标系之间也存在非线性问题，但是CCD坐标系与镜面坐标系之间有确定的函数关系。

h′＝R·sin[arctan(h/f)]

其中h′为镜面坐标高度，R为球面半径，h为干涉仪测量坐标高度，f为干涉仪标准镜焦距。所以对于球面干涉检验中的投影非线性很容易处理。对于非球面反射镜，镜面坐标系与CCD坐标系之间则存在更复杂的非线性关系，如图2所示。这种非线性主要由三方面原因造成：1)非球面表面的曲率随着镜面坐标的变化而变化，2)补偿器的设计、制造和装配中引入的误差，3)干涉仪的系统误差。光学非球面的数控加工以定量的检测结果为指导依据。因此干涉检验中的投影非线性对光学数控加工的精确性有很大的影响，而且非球面镜面越陡、相对孔径越大，受非线性的影响就越大，所以必须对非线性用特定的方法对其进行精确标定。

目前，研究人员采用光线追迹的方法可以获得镜面坐标系与CCD坐标系之间的非线性规律。根据补偿器设计结果，在补偿器入射端将入射光束平均分成n等分，然后追迹这n条光线，可以得到这些光线与被检镜面的交点坐标。这种方法需要对光学设计有很深的了解,对光学设计人员的依赖较大，且没有考虑干涉仪的系统误差及补偿器的设计、制造及装调误差对非线性关系的影响，因此标定结果不太准确。

发明内容

本发明解决的技术问题为：克服现有技术不足，提供干涉检测中的CCD坐标系与镜面坐标系非线性关系标定方法，将干涉仪的系统误差及补偿器的设计、制造及装调误差整体反映在非线性标定结果中。实施时，借助一种容易制作的高精度柔性标定靶带，通过数值处理，获取镜面坐标系与CCD坐标系之间的非线性关系，并补偿到检测数据数据中。

本发明解决的技术方案为：干涉检测中的CCD坐标系与镜面坐标系非线性关系标定方法，步骤如下：

(1)根据待测反射镜的检测光路，计算柔性标定靶带的样式，并制作柔性标定靶带；

(2)调整待测反射镜的检测光路，即调整激光干涉仪、补偿器、待测反射镜的相对位置，直至激光干涉仪产生全孔径的干涉条纹，然后在待测反射镜镜面上沿反射镜镜面的直径方向粘贴柔性标定靶带；

(3)根据待测反射镜镜面方程及柔性标定靶带的圆孔阵列的相临圆孔间距，计算柔性标定靶带圆孔阵列在镜面坐标系上的投影位置P_s(r_i)；(在说明书中举例)

(4)获取待测反射镜上的柔性标定靶带圆孔阵列成像到激光干涉仪CCD坐标系上的位置P_c(r_i)。