[發明專利]一種混合補償式子孔徑拼接面形檢測方法

有效

• 申請號: 201710911290.9
• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN107782254B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 王孝坤;張海東;薛棟林;張學軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 李愛英;郭德忠

本發明公開了一種混合補償式子孔徑拼接面形檢測方法，在子孔徑拼接面形檢測中，能夠在使用較小CGH補償器的情況下擴大單次子孔徑測量的區域，從而有效減少所需子孔徑的數量，減少誤差的傳遞的同時也減少所需補償器的數量。利用子孔徑拼接檢測結合透鏡與CGH補償器混合補償，使得采用的CGH補償器擺脫了單次補償檢測區域即子孔徑范圍內的約束，減少了同樣規格凸非球面所需的子孔徑數量，進而減少了光學元件調整以及后續拼接計算所需的時間成本；同時減少了所需CGH補償器的數量，降低了檢測的經濟成本；并且減少了拼接誤差傳遞和累積，提高了檢測精度。

技術領域

本發明涉及鏡面檢測技術領域，具體涉及一種混合補償式子孔徑拼接面形檢測方法。

背景技術

非球面光學元件由于自由度的提高，其合理的設計與使用對于矯正像差，改善像質，減小成像系統尺寸與質量方面有著顯著的優勢，因此，非球面光學元件正越來越多的被用于空間光學、軍事國防、高科技民用等領域。尤其在空間光學領域，天文望遠鏡的次鏡通常都是超大口徑的凸非球面反射鏡，例如即將代替哈勃望遠鏡的JWST太空望遠鏡的次鏡達到了738mm，一些地基天文望遠鏡的次鏡口徑更是高達幾米，例如TMT(Thirty MetersTelescope三十米望遠鏡)的次鏡直徑設計為3.1m；LSST(Large Synoptic SurveyTelescope大口徑巡天望遠鏡)的次鏡為3.4m的凸非球面。隨著空間光學技術的不斷發展，人們對凸非球面反射鏡的規格和精度要求也越來越高。這就對凸非球面的面形檢測提出了進一步的要求，因為高精度的面形檢測是精密加工的前提和基礎。

常規的凸非球面的檢測方法有：無像差點檢測法、透鏡補償器零位檢測法、CGH(computer generated hologram計算全系圖)補償檢測法等?？紤]到輔助光學元件以及補償器件的制造成本及加工難度，這些方法由于其自身的技術瓶頸只能檢測口徑在200mm以內的中小口徑凸非球面。

檢測凸非球面面形的主要難點在于：由于需要使用匯聚光束作為參考面，這就需要所使用的干涉儀1或各類補償器的口徑大于被檢凸面鏡的口徑，如果對超大口徑凸非球面進行全口徑的面形檢測，則需要加工更大口徑的補償元件，在工程實際中這種做法是不可行的。子孔徑拼接檢測法則能夠較好的應對這一問題，通過減小單次測量區域的面積，得到單個子孔徑的面形信息，然后通過對覆蓋全口徑的各個子孔徑的拼接，得到待測凸非球面的全口徑面形信息。但是這種方法的缺點在于檢測超大口徑的凸面鏡時，子孔徑的數目繁多，運算異常復雜，并且會不可避免的帶來拼接誤差的傳遞和累積。

對于超大口徑凸非球面反射鏡的面形檢測來說，目前國際上常用的檢測手段都是基于子孔徑拼接和補償檢測的混合檢測法，例如基于透鏡補償的子孔徑檢測法和基于CGH的子孔徑拼接檢測法。對于透鏡補償式子孔徑拼接檢測來說，由于透鏡補償器至少由兩片透鏡組成，不可避免會引入裝調誤差，并且補償器的參考面一般是非球面，不僅加工難度大，并且還需額外的檢具，因此大口徑的透鏡補償器制造成本高昂，在檢測超大口徑凸非球面時，針對不同環帶還需制造不同的補償器，這更是大幅增加了檢測成本；而對于CGH補償器3來說，受限于CGH現有的制造工藝，在保證精度的情況下其制造口徑一般不超過200mm，隨著凸非球面口徑的增大，當口徑大于1m的時候，需要更多環帶的子孔徑對其進行全口徑的覆蓋，這樣不僅帶來檢測操作、數據運算上時間成本的上升，更重要的是需要針對不同環帶的子孔徑制作對應的補償器件所帶來的經濟成本的上升。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種混合補償式子孔徑拼接面形檢測方法，在子孔徑拼接面形檢測中，能夠在使用較小CGH補償器的情況下擴大單次子孔徑測量的區域，從而有效減少所需子孔徑的數量，減少誤差的傳遞的同時也減少所需補償器的數量。

本發明是通過以下技術方案來實現的：