[发明专利]基于小口径圆形哈特曼-夏克波前传感器的拼接检测装置

权利要求书

1.基于小口径圆形哈特曼-夏克波前传感器的拼接检测装置，其特征在于：包含有哈特 曼-夏克波前传感器(8)、x-z二维电控平移台(9)、步进电机控制器(10)、计算机(11)、 待测镜面(12)及数据采集卡(13)；哈特曼-夏克波前传感器(8)对待测镜面(12)的某个区 域进行检测，并且在哈特曼-夏克波前传感器(8)形成光斑点阵，由数据采集卡(13)采集 上述光斑数据并传输到计算机(11)中存储；计算机(11)向步进电机控制器(10)发出指 令，控制二维电控平移台(9)沿x轴与z轴移动对待测镜面(12)进行扫描检测，利用数据 采集卡(13)依次采得各帧子波面处的光斑数据，然后利用质心算法、拼接方法及复原算法 得到待测波面；所述的哈特曼-夏克波前传感器(8)由点光源(1)、准直透镜(2)、反射镜 (3)、CCD(4)及缩/扩束系统(7)组成；

所述的拼接方法采用全局优化拼接方法处理重叠区域中的采样数据，得到各个子波面斜 率图相对于基准子波面斜率图的拼接参数，恢复出全孔径波面斜率图；

所述全局化优化拼接方法为：首先，对于现有的干涉仪测量有：

φ(x，y)＝φ′(x-x₀，y-y₀)+ax+by+c(x²+y²)+d        (1)

其中：a、b、c和d分别为两个子波面测量过程中的x轴和y轴的相对倾斜、离焦和平移 误差系数；(x₀，y₀)为标准平面波标定哈特曼传感器获得的光斑中心基准位置；但在实际工程 中，考虑到短距离的光传输，当菲涅尔数Nf＞1000时，因衍射而产生的波前变化的误差将在 1％以下，即波前畸变忽略不计，而实际测量中二维电控平移台的平移误差是毫米量级的，因 此忽略离焦项，(1)简化为：

φ(x，y)＝φ′(x-x₀，y-y₀)+ax+by+d                    (4)

分别对x、y求导得：

Gx(x,y)=Gx′(x-x0,y-y0)+aGy(x,y)=Gy′(x-x0,y-y0)+b---(5)]]>

哈特曼-夏克波前传感器检测消除了平移误差系数d的影响，仅仅考虑相对倾斜系数a、 b，从而降低了拼接参数求解复杂度；其中x方向斜率为：

δ_x＝∑{Gx(x_i，y_i)-[Gx′(x_i-x₀，y_i-y₀)+a]}²→min                (6)

将公式(6)对a求导并令其值为零，求得拼接参数a；Y方向的斜率图类似；

当拼接区域大于两个时，假设共有M个子波面拼接，先选定其中任意的某个子波面作为 基准，选择中心区域的子波面m作为参考标准；假设拼接参数分别为 (a_i，b_i，c_i，d_i)(0≤i≤M-1，i≠m)，那么在x方向的斜率，各个子波面斜率图与基准子波面斜 率图的关系为：

G_m(x，y)＝G_i(x-x₀，y-y₀)+a_i(0≤i≤M-1，i≠m)                (7)

利用最小二乘法：

S=Σi=1i≠mM-1{G(x,y)-[Gi(x-x0,y-y0)+ai]}2→min---(8)]]>

令：∂S∂ai=0]]>(0≤i≤M-1，i≠m)        (9)

若令：Pij=Σi∩jΔ(x,y)]]>Q_ij＝n_ij    R_i＝a_i                (10)

其中Δ(x，y)＝G_i(x-x_i，y-y_i)-G_j(x-x_j，y-y_j)为第i，j帧子波面重叠区域内各个采样点 处测量值之差，n_ij为采样点个数；则有：

[(ΣkM-1Pik)i]=[(Qij-δijΣkM-1Qik)ij][(Ri)i]---(11)]]>

其中δij=1if i=j0if i≠j]]>利用式(11)得到各个子波面相对于基准子波面的拼接参数。