[发明专利]一种二次曲面反射镜拼接干涉检测子孔径规划方法及系统

说明书

本发明公开了一种二次曲面反射镜拼接干涉检测子孔径规划方法及系统，属于先进光学系统技术领域，该方法通过将实际问题抽象为数学模型，利用曲面积分求解球面波前到曲面上各点光程差的平方和，使其取到最小值求出球心的最佳位置。利用该方法可以实现对二次曲面反射镜的子孔径规划，利用子孔径完成对待测非球面反射镜的全口径覆盖，同时避免了子孔径检测时标准球面波前与非球面子孔径间偏离量大导致测试条纹密度过大的问题。同时利用上述方法可以精确求得各子孔径测试时标准球面波前的球心位置及测试角度，即得到球面波前的最优位置。本发明可以进一步完善子孔径拼接检测方法，为现代先进光学系统的制造开发提供保证，可以提高光学检测的精度。

技术领域

本发明属于先进光学系统技术领域，更具体地，涉及一种二次曲面反 射镜拼接干涉检测子孔径规划方法及系统。

背景技术

随着国家技术的进步，空间探测、地面遥感、航空、航天、照明、显 示等领域对光学系统的轻量化、小型化、系统像质优化等方面提出了更高 的要求。相较于球面光学系统，二次曲面光学系统具有两个可以优化的光 学参数，从而可以提升系统优化自由度，减少光学系统设计残差和光学元 件数量，在改善系统像质的同时简化光学系统结构。其在空间相机、照明 光学、头盔显示等诸多光学系统中得到了成功应用。而二次曲面的高精度 制造是二次曲面光学系统优异性能的保证，高精度的二次曲面面形检测则 是高精度二次曲面光学元件制造的前提与基础。干涉测量作为一种通用的 光学元件最终精度检测方法，其理想状态是实现对待测元件的零位检测。 而对于大口径二次曲面光学元件，单次检测无法实现对于待测镜面的全口 径测量，为此需要对二次曲面进行拼接检测。在拼接检测中，一个重要的 问题就是如何规划待测子孔径，合理有效科学的对待测二次曲面反射镜进 行子孔径规划对于二次曲面反射镜的全口径面形检测具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种二次曲面反射镜拼 接干涉检测子孔径规划方法及系统，旨在解决单次检测不能实现待测二次 曲面反射镜全口径面形测量的情况下，如何利用较少且合理的检测子孔径 数目与排布方式，实现对待测面形完成全口径覆盖检测的问题。

为实现上述目的，本发明一方面提供了一种二次曲面反射镜拼接干涉 检测子孔径规划方法，通过对二次曲面反射镜进行子孔径规划，完成规划 子孔径的干涉测量，结合相应的拼接算法实现对二次曲面全口径面形的干 涉检测。该方法是通过环带规划实现二次曲面反射镜子孔径规划的，应用 于双曲面或者椭球面，包括中心子孔径以及离轴子孔径，对中心子孔径建 立主坐标系XYZ，所述离轴子孔径分为中心在X-Z平面的子孔径、曲面上 与中心在X-Z平面的子孔径到Z轴距离相且绕Z轴旋转γ角度的子孔径。

具体包括：

在中心在X-Z平面的子孔径的中心建立局部坐标系，计算局部坐标系 相对于中心子孔径主坐标系的第一变换矩阵；

在曲面上与中心在X-Z平面的子孔径到Z轴距离相等且绕Z轴旋转γ 角度的子孔径建立局部坐标系，计算该局部坐标系相对于中心在X-Z平面 子孔径的局部坐标系的第二变换矩阵；所述第一变换矩阵与所述第二变换 矩阵相乘得到任意一个离轴子孔径相对于中心子孔径的变换矩阵；

利用曲面积分求解中心子孔径与球面波前之间光程差的平方和，并通 过变换矩阵得到其他离轴子孔径与球面波前之间光程差的平方和，通过使 其最小的方法来确定各子孔径的位置、测试区域大小及测试时标准球面波 前球心所在位置和角度，实现对于待测二次曲面的子孔径覆盖，完成其全 口径测量中的子孔径规划。

进一步地，第一变换矩阵为：

其中，β为X-Z平面子孔径的离轴角度，x_o为X-Z平面上离轴子孔径 的X轴坐标，κ为二次曲线常数，C为二次曲面的顶点曲率。

进一步地，第二变换矩阵为：