[發明專利]一種帶有運動坐標反饋的子孔徑拼接面形檢測裝置

有效

• 申請號: 201210304174.8
• 申請日: 2012-08-24
• 公開（公告）號: CN102788562A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 賈辛;徐富超;謝偉民;邢廷文
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;賈玉忠

技術領域

本發明屬于光學檢測技術領域，涉及一種帶有運動坐標反饋的子孔徑拼接面形檢測裝置。

背景技術

隨著科學技術的不斷發展，大口徑光學系統在天文光學、空間光學、空間目標探測與識別、慣性約束聚變（ICF）等高技術領域得到了越來越廣泛的應用，因此大口徑光學元件的制造需要與之精度相適應的檢測方法和儀器。

目前大口徑光學元件的表面加工質量一般是使用大口徑的移相干涉儀，這就要求要有一塊與被測元件尺寸相同或者更大的標準面形，而這樣一個高精度的標準表面，不僅加工難度極大，而且制造周期長，制造成本高，這些都無形地增加了檢測的成本和難度。為了尋求一種低成本的檢測手段，國外在20世紀80年代開展了子孔徑拼接這一方案的研究，即使用小口徑、高精度、高分辨率的干涉儀通過相關拼接技術來復原大口徑光學元件的波前相位數據，這是一項新的高精度、大孔徑面形檢測手段，它既保留了干涉測量的高精度，又免去了使用與全孔徑尺寸相同的標準波面，從而大大降低了成本，同時還可以獲得大孔徑干涉儀所截去的波面高頻信息。

子孔徑測試概念是在1982年，由美國Arizona光學中心的C.J.Kim首先提出來的，他使用小口徑平面反射鏡陣列代替大口徑平面反射鏡實現了拋物面鏡的自準直檢驗。上世紀90年代初，隨著計算機控制及數據處理技術的不斷發展，該技術逐步轉入到應用研究階段。S.T.Theodore將子孔徑測試技術應用于一種改進的Ritchey-Common配置中，該配置比通常的Ritchey-Common配置具有較短的光程，能夠有效減少大氣擾動的影響，而且返回光學元件的直徑小于測試光束的直徑。

這期間發展的拼接算法使多個子孔徑的重疊區的不匹配最小化，以達到高空間分辨率的全孔徑面形重構，并且誤差均化思想的引入使得拼接算法的精度有了很大的提高，這些相關技術主要應用在大口徑平面面形檢驗，用于擴展其橫向動態范圍。

1997年，M.Bray制造出實用化的用于大口徑光學平面元件檢測的子孔徑拼接干涉儀。隨后幾年，M.Bray將功率譜密度（PSD）概念引入到拼接干涉儀特性分析中，分析表明它能較準確地描述由子孔徑邊緣效應引起的拼接“噪聲”。

2003年美國QED技術公司研制成功了SSI自動拼接干涉儀，能夠高精度檢測口徑200mm以內的平面、球面、適當偏離度的非球面。其拼接算法在繼承了早期算法的優點外，還補償了通常算法所校正的相對調整誤差之外的系統誤差，進一步提高了拼接精度。

國內，子孔徑測試技術的研究開始于上世紀90年代初，主要用于大口徑平面光學元件檢測。南京理工大學把子孔徑測試技術應用到相移平面干涉儀中，將測試口徑范圍從250mm擴展到500mm。

90年代中后期，浙江大學現代光學儀器國家重點實驗室用子孔徑測試技術檢驗了某資源衛星的RC光學系統，并提出了拼接目標函數分析法，在減少子孔徑間兩兩拼接造成誤差累積和傳遞方面具有積極的意義。

從子孔徑拼接干涉儀的使用原理來說，子孔徑拼接干涉儀通常使用二維平移臺或多維平移臺控制待測鏡移動。待測鏡在二維平移移動過程中引起的x,y方向定位誤差和x,y方向傾斜誤差會影響拼接精度。在本發明中，在子孔徑拼接過程中，利用五軸測長干涉儀，測出x，y，θ_x,θ_y在移動過程中產生的誤差，并代入到拼接算法中去，從而提高拼接精度。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明的目的是提供一種帶有運動坐標反饋的子孔徑拼接面形檢測裝置，以實現在檢測過程中測量待測鏡平移時引起的傾斜和定位誤差，同時把誤差代入算法中進行補償。