[發明專利]一種離軸非球面反射鏡零位補償檢測非線性誤差校正方法

有效

• 申請號: 202111006117.7
• 申請日: 2021-08-30
• 公開（公告）號: CN113776455B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 郝三峰;張建;韓路;楊芝艷;安飛
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所;西安科佳光電科技有限公司
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 趙逸宸

本發明屬于離軸非球面反射鏡零位補償檢測校正方法，為解決目前零位補償非線性誤差校正方法中，光學校正造成檢測系統進一步復雜化，圖像校正中，Fiducial功能標定校正精度較低，基準蒙片法制作、安裝和使用較為復雜，推導求解非線性誤差精度不易控制且推導較為復雜的技術問題，提供一種離軸非球面反射鏡零位補償檢測非線性誤差校正方法，僅需在檢測系統中確定被測鏡母鏡中心點位置，并對應在像面上獲得像面中心點位置，結合光學設計軟件逆向光線追跡獲得非線性誤差變化規律，再結合一般的數據處理，即可實現干涉檢測數據非線性誤差的高精度校正。

技術領域

本發明屬于離軸非球面反射鏡零位補償檢測校正方法，具體涉及一種離軸非球面反射鏡零位補償檢測非線性誤差校正方法。

背景技術

非球面相比于傳統的球面擁有更多自由度，可以實現以更少元件校正平衡系統像差的目的，因此，能夠很好地滿足現代空間光學系統的設計要求。

隨著系統指標要求不斷提高，如要求無遮攔、大孔徑、接近衍射極限成像等，離軸非球面反射鏡在系統中的應用愈加廣泛，其中，離軸非球面反射鏡的高精度加工與檢測是實現整體光學系統指標要求的重要因素。

目前，零位補償法是一種常用的離軸非球面反射鏡檢測方法，該方法通過補償器將干涉儀出射的球面波(或平面波)轉化為沿被測鏡法線方向的波前，經反射后再次通過補償器與干涉儀標準波前產生干涉，最終實現高精度的面形干涉檢測。實際應用中，根據不同被測鏡的參數可以選用設計Dall補償器、Offner補償器等。在零位補償檢測中，被測非球面反射鏡的曲率半徑隨鏡面坐標位置改變而改變，造成非球面鏡面坐標系與干涉儀CCD測量坐標系之間的非線性關系，即檢測數據坐標與被測鏡坐標之間的位置偏差，將會對非球面加工造成誤導，嚴重影響加工效率與加工精度，因此，必須對其進行校正。

常用的零位補償非線性誤差校正方法可分為光學校正與圖像校正兩大類，其中，光學校正需要使用中繼鏡，造成檢測系統進一步復雜化，因此，未得到廣泛應用。圖像校正主要有三種：(1)Fiducial功能標定，其數據采樣點較少，校正精度較低；(2)基準蒙片法，基準蒙片的制作、安裝與使用較為復雜；(3)通過控制移動平臺加入離焦項來控制球差變化，進而推導求解非線性誤差，但其精度不易控制且推導較為復雜。

發明內容

本發明為解決目前零位補償非線性誤差校正方法中，光學校正造成檢測系統進一步復雜化，圖像校正中，Fiducial功能標定校正精度較低，基準蒙片法制作、安裝和使用較為復雜，推導求解非線性誤差精度不易控制且推導較為復雜的技術問題，提供一種離軸非球面反射鏡零位補償檢測非線性誤差校正方法。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種離軸非球面反射鏡零位補償檢測非線性誤差校正方法，其特殊之處在于，包括以下步驟：

S1，確定被測鏡母鏡中心點位置，并將該中心點位置在干涉儀上顯示的像點坐標(x_O′，y_O′)作為空間直角坐標系原點，則干涉儀測量的面形坐標為(x，y，z)；

S2，求解被測鏡相對于檢測系統光軸的夾角α，并根據該夾角α對干涉儀測量得到的面形坐標數據進行旋轉誤差校正，得到干涉儀測量的面形坐標為(x′，y′，z′)；

S3，對經步驟S2進行旋轉誤差校正后的面形坐標數據進行坐標轉換，由笛卡爾坐標系轉換為極坐標系，將干涉儀測量的面形坐標轉換為(ρ，θ，z′)；

S4，對檢測系統構建檢測理論模型，再對該檢測理論模型進行逆向翻轉，通過對逆向翻轉后的檢測理論模型進行光線追跡，獲得關于像面中心對稱的非線性誤差點云數據(ρ_mir，δ_dis)，其中，ρ_mir為被測鏡母鏡上任一點像相對于像面中心的徑向值，δ_dis為徑向值為ρ_mir的點對應的畸變量；