[發明專利]大口徑光學元件面形拼接檢測方法及設備

在審

• 申請號: 201911063054.1
• 申請日: 2019-10-31
• 公開（公告）號: CN110966954A
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 王孝坤;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;G01M11/02
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 孔祥貴

1.一種大口徑光學元件面形拼接檢測方法，其特征在于，包括步驟：

根據待測光學元件的光學參數將待測光學元件劃分成多個拼接的子孔徑，并規劃所述子孔徑分布和拼接測量軌跡；

移動定位待測光學元件，通過計算得出待測光學元件的失調量，根據所述失調量移動調整激光干涉儀，使其自動對準各所述子孔徑；

所述激光干涉儀按照所述拼接測量軌跡依次測量全部所述子孔徑，并獲取各個所述子孔徑的相位分布；

確定基準子孔徑，通過計算得出各所述子孔徑相對于所述基準子孔徑的最佳拼接因子；

通過所述最佳拼接因子，將全部所述子孔徑的所述相位分布數據校正統一到相同的基準上，以獲得待測光學元件的全口徑面形分布。

2.根據權利要求1所述的大口徑光學元件面形拼接檢測方法，其特征在于，相鄰所述子孔徑的重疊區域大于其自身面積的四分之一，圓形口徑的待測光學元件的多個所述子孔徑采用同心拼接，矩形口徑的待測光學元件的多個所述子孔徑采用平行拼接。

3.根據權利要求2所述的大口徑光學元件面形拼接檢測方法，其特征在于，所述規劃所述子孔徑分布和拼接測量軌跡后還包括：

若待測光學元件為大口徑大偏離量的凸非球面，根據其光學參數設計補償元件，計算全息和補償透鏡設計為零位補償，光楔設計為部分補償，擴大各個所述子孔徑的尺寸。

4.根據權利要求3所述的大口徑光學元件面形拼接檢測方法，其特征在于，所述通過計算得出待測光學元件的失調量包括：

若待測光學元件為大口徑平面和經過零位補償后的非球面子孔徑，通過下述公式計算得出干涉檢驗中調整量誤差引起的波像差：

若待測光學元件為大口徑球面，通過下述公式計算得出干涉檢驗中調整量誤差引起的波像差：

若待測光學元件為非球面直接拼接或部分補償后的子孔徑，通過下述公式計算得出干涉檢驗中調整量誤差引起的波像差：

其中，Piston為平移量，X-tilt為X方向傾斜量，Y-tilt為Y方向傾斜量，Defocus為離焦量，c＝1/r，r為非球面頂點曲率半徑，k為非球面二次曲面常數，

各個所述子孔徑的面形分布可以表示為W(x，y)，令[W(x,y)-W_A(x,y)]²＝min，根據最小二乘法，可以得出所述失調量。

5.根據權利要求4所述的大口徑光學元件面形拼接檢測方法，其特征在于，所述通過計算得出各所述子孔徑相對于所述基準子孔徑的最佳拼接因子包括：

利用最小二乘法，使得所有重疊區域相位差的平方和值為最小，可得下式：

式中N₁是其它所述子孔徑與所述基準子孔徑的重疊區域數，N₂是其它所述子孔徑間的重疊區域數，n是重疊區域內的采樣點數，

利用最小二乘擬合，對各個系數分別求偏導并令其值為零可得：

式中1≤i≤M-1，對公式進行分析和求解，可得最終的最小二乘等式，以獲取所述最佳拼接因子，等式為：

6.根據權利要求5所述的大口徑光學元件面形拼接檢測方法，其特征在于，所述獲得待測光學元件的全口徑面形分布包括：

通過下述公式獲取所述全口徑面形分布：

其中w₁，w₂，……w_M-1是其它所述子孔徑的相位分布，a_i、b_i、c_i和p_i分別是其它所述子孔徑相對所述基準子孔徑沿x方向的傾斜系數、沿y方向的傾斜系數、相對離焦系數和相對平移系數，d_i和e_i是相對象散系數，f_i,和g_i是相對彗差系數，h_i是相對球差系數。