[发明专利]大口径光学元件辅助装调方法

说明书

本发明提供了一种大口径光学元件辅助装调方法，通过对比各种波前传感方式，选择曲率传感，一种非干涉非迭代的波前检测手段进行波前矫正和反馈；结合机械臂的多自由度，可迭代的空间运动功能。利用像差空间与机械臂关节空间的映射关系，结合灵敏度矩阵解算出机械臂的移动量，从而实现对大口径光学元件的大动态范围、高精度的测速度的装调。

技术领域

本发明涉及一种大口径光学元件装调领域，特别涉及一种大口径光学元件辅助装调方法。

背景技术

机器人学的蓬勃发展，极大的丰富了大口径望远镜的加工与装配手段。不论在地面实验室，还是在太空中，机器人都承担了越来越多的装调检测任务。一般来说，透镜装调方式多采用推出、推入等简单的往复运动，装调的自由度少，虽然这种方式稳定易控制，但尺寸较大、通用性差且无法面向多种复杂的运动场景，无法应用于实际偏差大于初始状态的系统设计，具有局限性。

曲率传感器由Roddier在1988年所提出，不同于基于波前斜率的波前传感技术，曲率传感是波前的二阶导数，其与相位分布的联系满足泊松方程。其基本原理是光瞳处波前局部的曲率变化，所对应的焦内像与焦外像的光强分布会发生对应的变化，根据近场电磁波的传输方程，可以解算出波前信息，但采用双向采集的方法会降低系统装调的效率。

发明内容

本发明为了解决现有装调方式无法实现波长级别的测量，本发明从旋量理论出发，利用机械臂的空间运动功能，将待检测波前移动到所需要的位置。利用位于焦面成像元件，结合曲率传感可以判断系统光学元件位置精度是否符合要求，提供一种大口径光学元件辅助装调方法。

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

一种大口径光学元件辅助装调方法，其特征在于，包括：

将机械臂夹持的光学元件置入子系统的入射光轴，选取合适位置，保证主镜光斑落在探测器的可探测到范围内；

利用位于子系统焦点处的探测器上单侧离焦星点像的变化，确定探测器与子系统同轴；

利用曲率传感获得单侧离焦星点像的波前信息，结合灵敏度矩阵建立像差空间与机械臂关节空间的映射关系AΔD＝ΔZ(1)，并以此解算获得的机械臂的移动量ΔD，对机械臂进行调整；其中，A为灵敏度矩阵、ΔZ为单侧离焦星点像图各项指标系统变化量；

具体解算过程如下：

其中u₁…u_N为各关节的转动量、P为单侧离焦星点像的周长、W为单侧离焦星点像的二阶矩、e为单侧离焦星点像信息熵、c为沿两个方向的光强相关度；

对A进行奇异值分解，A＝UΣV^T，

其中，∑＝diag(λ₁,λ₂,…,λ_l)为A的奇异值，U、V为分解得到的两个酉矩阵；

优选地，利用曲率传感获得所述像差空间的所述单侧离焦星点像的波前信息。

优选地，利用单侧离焦星点像周长P表征离焦程度，其求解表达式为：

其中，N_x为水平轮廓的像元数，N_y为竖直轮廓的像元数，N_xy为斜方向的像元数，周长P为这些像元数的加权总和。

优选地，利用椭圆的长轴l方向表征单侧离焦星点像像散的方向，用椭圆长轴l与短轴w的比获得单侧离焦星点像像散的大小E，其求解表达式为：

E＝l/w (3)。