[发明专利]一种基于实时计算全息的大口径非球面测量系统及方法

说明书

一种基于实时计算全息的大口径非球面测量系统及方法，把计算全息动态补偿和子孔径拼接技术结合起来，通过空间光调制器实现实时计算全息零位测量，获取高精度的单次零位测量数据；采用双目立体视觉定位系统获取位姿变换参数，最后利用该位姿参数，通过相应的拼接算法将所有子孔径数据拼接融合得到全口径测量结果，实现大口径非球面镜的快速高精度检测，最终为大口径非球面镜的高精度加工提供检测保障。

【技术领域】

本发明属于先进光学制造与检测技术领域，涉及一种大口径非球面镜计算全息检测技术，具体是一种基于实时计算全息的大口径非球面测量系统及方法。

【背景技术】

光学非球面元件因其在校正像差、改善像质、简化系统等方面具有显著的优势，使得光学非球面元件在天文光学、空间光学、激光核聚变及各类高科技民用产品中得到了愈来愈广泛的应用。由于光学非球面形状的复杂性和多样性，该类元件的加工必须要求高精度的非球面检测技术加以保证。特别是对于大口径非球面元件(400mm及以上)，现有的测量方法和技术已经不能满足其大口径非球面元件的测量要求，成为制约其加工和应用的主要瓶颈。

干涉法是目前非球面研磨抛光阶段检测的主流方法。其主要分为零位检测法和非零位检测法。零位干涉法测量精度高，但该方法是一对一检测，通用性较差，对特定的非球面需要设计对应的零位补偿器(零透镜或者计算全息CGH)。而非零位干涉法则比较灵活，但是由于偏离零位条件，非零位法可测的非球面度受到很大限制，目前只能测量浅度非球面，而且非零位测量中存在很大的回程误差，必须予以校正才能得到最终的面形误差，因此测量精度难以保证。

近年来，基于空间光调制器的实时计算全息补偿法大大提高了非球面检测的灵活性，然而由于空间光调制器的空间分辨率并不高(约100线对/毫米)，这就限制其显示的计算全息图的最大条纹频率，对于大口径高陡度非球面，无法一次性完成非球面的零位补偿测量。

鉴于以上缺陷，实有必要提出一种基于实时计算全息补偿的大口径非球面测量系统及方法。

【发明内容】

针对上述存在的测量缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种基于实时计算全息补偿的大口径非球面测量系统及方法，实现大口径非球面的实时、自适应、快速、高精度测量，为大口径非球面镜的高精度加工提供保障。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于实时计算全息的大口径非球面测量方法，首先以空间光调制器的空间分辨率和干涉仪的口径为约束条件，对被测非球面镜所需要的孔径数目进行划分，然后根据被测非球面镜的设计参数和孔径的位置参数计算所需的补偿全息图，再将该补偿全息图显示在空间光调制器上，完成一次零位测量，接着，旋转被测非球面镜移动至下一个孔径，进行零位测量，直至完成所有孔径的零位测量，最后将各个子孔径的测量数据进行拼接即可。

优选的，对被测非球面镜所需要的孔径数目进行划分时，保证子孔径位于干涉仪的测试光锥范围之内，满足以下公式：

其中W(x,y)表示非球面波前，λ为被测非球面波前的波长。

优选的，所述的所需的补偿全息图是利用光线追迹计算而得。

优选的，所述的被测非球面镜的设计参数主要为：被测非球面镜的口径、顶点曲率半径以及二次曲面常数。

优选的，所述的将各个子孔径的测量数据进行拼接的方法为：首先将各个子孔径的相位数据变换到实际的三维直角坐标系，然后根据子孔径之间的重叠区域的偏差建立目标函数，利用迭代及序列线性化方法，对目标函数进行优化并求解，获取各个子孔径的最优位置调整参数及放大倍率，最后根据该最优位置调整参数及放大倍率即可得到最终结果。

优选的，利用迭代及序列线性化方法，对目标函数进行优化并求解的具体方法为：

假定目标函数为：