高空間分辨率子孔徑拼接方法
【專利摘要】高空間分辨率子孔徑拼接方法，涉及超高空間分辨率子孔徑拼接方法，解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，將干涉儀與高精度六維運(yùn)動(dòng)臺(tái)固定，利用補(bǔ)償鏡頭將干涉儀發(fā)出的平面波變?yōu)榇郎y(cè)表面對(duì)應(yīng)的波形；驅(qū)動(dòng)Stewart平臺(tái)帶動(dòng)小孔徑角的鏡頭圍繞待測(cè)表面的零像差點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，獲得待測(cè)表面的子孔徑位置以及波像差數(shù)據(jù)；對(duì)子孔徑位置及波前數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)待測(cè)表面的子孔徑拼接；通過(guò)獲得的子孔徑的波前擬合待測(cè)表面整體波前的Zernike系數(shù)，實(shí)現(xiàn)去除子孔徑的低階像差；利用周期圖法從子孔徑得到整體待測(cè)表面的功率譜，并利用功率譜得到鏡面的斜率均方根。本發(fā)明突破現(xiàn)有CCD成像單元的限制，得到大口徑光學(xué)表面的超高分辨率面形檢測(cè)結(jié)果。
【專利說(shuō)明】高空間分辨率子孔徑拼接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于小孔徑角干涉儀、高精度六維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的超高空間分辨率子孔徑拼接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，大口徑光學(xué)系統(tǒng)在天文光學(xué)、空間光學(xué)、地基空間目標(biāo)探測(cè)與識(shí)別等高【技術(shù)領(lǐng)域】得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，其表面面形的檢測(cè)與評(píng)價(jià)直接影響著其制造精度與成像質(zhì)量。但是對(duì)于大口徑的光學(xué)元件，原來(lái)的整鏡檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)不能適應(yīng)需要。
[0003]子孔徑拼接技術(shù)是一種以低成本、高分辨率檢測(cè)大口徑光學(xué)元件的有效手段。當(dāng)被測(cè)平面光學(xué)元件尺寸超過(guò)干涉儀口徑，或者檢測(cè)非球面所產(chǎn)生的干涉條紋密度大于CCD空間分辨率，利用小口徑干涉儀每次僅檢測(cè)整個(gè)光學(xué)元件的一部分區(qū)域(子孔徑)，待完成全孔徑測(cè)量后，再使用適當(dāng)?shù)乃惴ā捌唇印本涂傻玫饺讖矫嫘涡畔ⅰ?br> [0004]拼接技術(shù)可以分為相關(guān)拼接與非相關(guān)拼接。相關(guān)拼接技術(shù)的基本思想是在拼接區(qū)提取相關(guān)信息并將多次測(cè)量結(jié)果拼接起來(lái)，得到被測(cè)物體的全部信息，進(jìn)而得到面形評(píng)價(jià)指標(biāo)。這種方法雖然降低了對(duì)于測(cè)量?jī)x器的要求，但是不僅增加了解算成本而且拼接誤差與拼接順序以及重疊區(qū)域大小都有復(fù)雜的關(guān)系，這給實(shí)際的工程應(yīng)用帶來(lái)很大的不便；非相關(guān)拼接是利用面形數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性，忽略一些非相關(guān)的因素，直接得到面形評(píng)價(jià)指標(biāo)的方法，其算法時(shí)空效率高，同時(shí)由于非相關(guān)拼接多在頻域完成，由系統(tǒng)的定位誤差帶來(lái)的低頻擾動(dòng)也很好去除。
[0005]時(shí)域分析已廣泛應(yīng)用于各種中小口徑的反射鏡面形分析之中，其主要特點(diǎn)為需要全部的時(shí)域信息，同時(shí)信息元素之間的相對(duì)位置關(guān)系也要求較為嚴(yán)格，同時(shí)只能在一個(gè)尺度上給出評(píng)價(jià)；但是對(duì)于大口徑的反射鏡，這種評(píng)價(jià)方法就具有一定的局限性，首先，因?yàn)榇罂趶椒瓷溏R在制造時(shí)多使用小尺寸磨削工具，會(huì)產(chǎn)生子孔徑尺度或中空間頻率(mid-spatialfrequencies)上的不規(guī)則性,尤其是對(duì)于非球面和自由面加工，局部磨削的光滑性依賴于工具造成的影響分布的均勻性，以及保壓時(shí)間的控制程度。其次，大口徑反射鏡一般采用多點(diǎn)支撐，支撐點(diǎn)數(shù)越多，越容易產(chǎn)生中空間頻率誤差。中空間頻率產(chǎn)生了不規(guī)則性(波紋)，它們比光學(xué)元件的口徑小幾倍，但是又大于精密的表面結(jié)構(gòu)，即鏡面的表面粗糙度，這種中頻誤差是傳統(tǒng)基于時(shí)域的評(píng)價(jià)方法難以反映的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種高空間分辨率子孔徑拼接方法，滿足超高精度的大口徑面型檢測(cè)。
[0007]高空間分辨率子孔徑拼接方法，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn):
[0008]步驟一、將干涉儀與高精度六維運(yùn)動(dòng)臺(tái)固定，利用補(bǔ)償鏡頭將干涉儀發(fā)出的平面波變?yōu)榇郎y(cè)表面對(duì)應(yīng)的波形；[0009]步驟二、驅(qū)動(dòng)Stewart平臺(tái)帶動(dòng)小孔徑角的鏡頭圍繞待測(cè)表面的零像差點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，獲得待測(cè)表面的子孔徑位置以及波像差數(shù)據(jù)；
[0010]步驟三、對(duì)步驟二獲得的子孔徑位置及波前數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)待測(cè)表面的子孔徑拼接；通過(guò)獲得的子孔徑的波前擬合待測(cè)表面整體波前的Zernike系數(shù)，實(shí)現(xiàn)去除子孔徑的低階像差；利用周期圖法從子孔徑得到整體待測(cè)表面的功率譜，并利用功率譜得到鏡面的斜率均方根；
[0011]具體過(guò)程為:利用二維功率譜及功率譜頻域平均半徑，將二維功率譜坍陷為一維形式:
[0012]
【權(quán)利要求】
1.高空間分辨率子孔徑拼接方法，其特征是，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn): 步驟一、將干涉儀與高精度六維運(yùn)動(dòng)臺(tái)固定，利用補(bǔ)償鏡頭將干涉儀發(fā)出的平面波變?yōu)榇郎y(cè)表面對(duì)應(yīng)的波形； 步驟二、驅(qū)動(dòng)Stewart平臺(tái)帶動(dòng)小孔徑角的鏡頭圍繞待測(cè)表面的零像差點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，獲得待測(cè)表面的子孔徑位置以及波像差數(shù)據(jù)； 步驟三、對(duì)步驟二獲得的子孔徑位置及波前數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過(guò)獲得的子孔徑的波前擬合待測(cè)表面整體波前的Zernike系數(shù)，去除子孔徑的低階像差；利用周期圖法從子孔徑得到整體待測(cè)表面的功率譜，并利用功率譜得到鏡面的斜率均方根；實(shí)現(xiàn)待測(cè)表面的子孔徑拼接； 具體過(guò)程為:利用二維功率譜及功率譜頻域平均半徑，將二維功率譜坍陷為一維形式:

【文檔編號(hào)】G01B11/24GK103791854SQ201410032247
【公開(kāi)日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月23日
【發(fā)明者】楊飛, 安其昌, 趙宏超, 蘇燕芹, 郭鵬 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所