CN103257033A

CN103257033A - 基于子孔径拼接干涉检测的窗口玻璃透射波前检测方法

Info

Publication number: CN103257033A
Application number: CN2013101784952A
Authority: CN
Inventors: 汪利华; 吴时彬; 任戈; 景洪伟; 谭毅; 杨伟
Original assignee: Institute of Optics and Electronics of CAS
Current assignee: Institute of Optics and Electronics of CAS
Priority date: 2013-05-15
Filing date: 2013-05-15
Publication date: 2013-08-21

Abstract

本发明涉及基于子孔径拼接干涉检测的窗口玻璃透射波前检测方法，根据干涉仪的口径和窗口玻璃的口径计算检测窗口玻璃所需子孔径个数，调整干涉仪与平面镜到自准直使干涉仪上条纹为零条纹；将四维扫描运动平台放置在干涉仪与平面镜之间，四维扫描运动平台带动窗口玻璃扫描运动，调整窗口玻璃与平面镜使干涉仪上的条纹为达到最少；将窗口玻璃调整到第一个子孔径位置，干涉仪检测窗口玻璃并记录此时子孔径透射波前数据；将窗口玻璃调整到第二个子孔径位置，干涉仪检测窗口玻璃并记录此时子孔径透射波前数据，直到窗口玻璃所有子孔径波前数据被检测并记录下来；将所有子孔径波前数据通过算法拼接，得到窗口玻璃全口径透射波前。

Description

基于子孔径拼接干涉检测的窗口玻璃透射波前检测方法

技术领域

本发明属于光学检测领域，涉及一种基于子孔径拼接干涉检测的窗口玻璃透射波前检测方法，可用于检测大口径窗口玻璃透射波前。

背景技术

窗口玻璃连接并隔离光学系统与外界环境，广泛的应用于空间观测光学系统、红外光学系统等各种光学仪器和设备中，窗口玻璃隔离光学系统内外压差和温度变化，在野外还可以使光学系统不受雨点、沙粒等侵蚀，窗口玻璃不仅起着保护光学系统的作用，同时还参与成像，是光学系统不可或缺的重要组成部分。

由于窗口玻璃在光学系统中参与成像，窗口玻璃透射波前的好坏直接影响光学系统成像质量，因此需要对窗口玻璃透射波前进行标定和检测。对小口径窗口玻璃透射波前检测方法是采用干涉仪与窗口玻璃、平面镜组成子准直光路，通过干涉仪直接检测。随着制造和科学技术的发展，光学系统口径越来越大，窗口玻璃的口径也随之越来越大。现有干涉仪的口径有限(≤600mm)，同时加工大口径、高精度平面镜也存在着价格贵、周期长的问题。当窗口玻璃的口径大于干涉仪口径时，就不能对窗口玻璃透射波前进行检测。

发明内容

针对现有仪器和方法不能检测大口径窗口玻璃透射波前问题，本发明提供一种新的检测方法，用于对大口径窗口玻璃透射波前的检测。该方法采用小口径干涉仪和小口径平面镜检测大口径窗口玻璃透射波前，降低了检测成本，拓展了干涉仪动态范围，提高了检测的分辨力。

本发明解决上述技术问题，采取基于子孔径拼接干涉检测的窗口玻璃透射波前检测方法的技术方案是：利用由干涉仪、窗口玻璃、四维扫描运动平台、平面镜组成检测系统，并通过以下步骤完成对窗口玻璃透射波前的测量步骤如下：

步骤S1：根据干涉仪的口径和窗口玻璃的口径计算检测窗口玻璃所需子孔径个数，以其中任意一个子孔径中心坐标为原点，计算其余子孔径中心坐标，并对子孔径进行编号；

步骤S2：调整干涉仪与平面镜到自准直使干涉仪上条纹为零条纹；

步骤S3：将四维扫描运动平台放置在干涉仪与平面镜之间，将窗口玻璃安装在四维扫描运动平台上；

步骤S4：四维扫描运动平台带动窗口玻璃扫描运动，调整窗口玻璃与平面镜使干涉仪上的条纹为达到最少；

步骤S5：通过四维扫描运动平台的运动，将窗口玻璃调整到第一个子孔径位置，干涉仪检测窗口玻璃并记录此时子孔径透射波前数据；

步骤S6：通过四维扫描运动平台的运动，将窗口玻璃调整到第二个子孔径位置，干涉仪检测窗口玻璃并记录此时子孔径透射波前数据；

步骤S7：重复步骤S5、步骤S6直到窗口玻璃所有子孔径波前数据被检测并记录下来；

步骤S8：将所有子孔径波前数据通过算法拼接，得到窗口玻璃全口径透射波前，完成对窗口玻璃的透射波前检测。

本发明的优点是：

(1)、本发明基于子孔径拼接干涉检测技术，精度高、可以突破干涉仪口径的限制检测大口径窗口玻璃透射波前。

(2)、本发明采用小口径干涉仪和平面镜检测大口径窗口玻璃透射波前，降低了检测成本。

附图说明

图1为基于子孔径拼接干涉检测的窗口玻璃透射波前检测方法流程图。

图2为基于子孔径拼接干涉检测的窗口玻璃透射波前检测方法原理示意图。

图3为基于子孔径拼接干涉检测的窗口玻璃透射波前检测方法的子孔径规划图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

基于子孔径拼接干涉检测的窗口玻璃透射波前检测方法，该方法利用干涉仪与窗口玻璃、平面镜组成自准直光路对窗口玻璃透射波前进行测量，干涉仪发出的平行光经过窗口玻璃后又经平面镜反射回干涉仪形成干涉，通过干涉对窗口玻璃的该部分子孔径波前进行检测，窗口玻璃安装在四维扫描运动平台上，由于干涉仪口径比窗口玻璃口径小，每次只能检测窗口玻璃部分透射子孔径波前，每次子孔径波前检测完成后，由四维调整运动平台将窗口玻璃移动到下一个子孔径位置，当所有子孔径波前检测完成后，通过算法将所有子孔径波前拼接，完成对整个窗口玻璃透射波前的检测。本发明突破现有干涉仪口径的限制，可以检测口径比干涉仪大的窗口玻璃透射波前。

结合附图1和图2对本发明作进一步说明，图2中，干涉仪11的口径为600mm，窗口玻璃12口径为1000mm，四维扫描运动平台13可在水平(x方向)、垂直(y方向)两方向运动，同时可以在倾斜、俯仰两方向进行角度调整，平面镜14的口径为600mm。如图1示出基于子孔径拼接干涉检测的窗口玻璃透射波前检测方法的流程图，该方法可通过以下步骤完成对窗口玻璃2透射波前的测量：

步骤S1：根据干涉仪11口径和窗口玻璃12口径计算检测窗口玻璃12所需子孔径个数，以其中任意一个子孔径坐标为原点，计算其余子孔径坐标，并对子孔径进行编号；

其中，步骤S1中计算子孔径个数的步骤如下：设定子孔径坐标坐标是以任意一个包含窗口玻璃12有效透射波前数据的子孔径为初始子孔径，编号为第一子孔径1，以(x₁，y₁)作为第一子孔径1中心坐标位置，其中x₁，y₁的坐标点分别取0；对第一子孔径1进行位置标定。以第一子孔径1圆心(0，0)为坐标原点建立坐标系，在四维扫描运动平台左右运动为x方向，在四维扫描运动平台x方向向左运动为负，向右运动为正，四维扫描运动平台上下运动为y方向，在四维扫描运动平台y方向向上运动为正，向下运动为负；所有子孔径数据区域大小相同，覆盖的面积均为s；任意方向移动第一子孔径1的中心坐标得到第二子孔径2，第二子孔径2中心坐标为(x₂，y₂)与第一子孔径1相邻并且有一重叠区域，重叠区域面积大小为s2，获取s2与s之比等于18％；任意方向移动第二子孔2径得到第三子孔径3，第三子孔径3中心坐标为(x₃，y₃)与第二子孔径2相邻且有一重叠区域，重叠区域面积大小为s₃，获取s₃与s之比等于18％；依次将子孔径移到其相邻位置得到下一个子孔径，记录下一个子孔径位置坐标，并保证子该孔径与其相邻子孔径即下一个子孔径有一重叠区域，且重叠区域面积与s之比等于18％，重复上述步骤直到所有子孔径能完全覆盖窗口玻璃12口径。

图3为基于子孔径拼接干涉检测的窗口玻璃透射波前检测方法的子孔径规划图，以任意一个子孔径中心坐标为原点(0，0)，并将该子孔径标记为第一子孔径1，第二子孔径2与第一子孔径1相邻，重叠区域波前数据面积为子孔径波前数据面积的18％，可计算得到第二子孔径2中心坐标为(424，0)。第三子孔径3与第二子孔径2相邻，重叠区域波前数据面积为子孔径波前数据面的18％，可计算第三子孔径3的中心坐标(212，367)。依次可以计算其余子孔径中心坐标，第四子孔径4中心坐标(-212，367)，第五子孔径5中心坐标(-424，0)，第六子孔径6中心坐标(-212，-367)，第七子孔径7中心坐标(212，-367)；

步骤S2：调整干涉仪11与平面镜14到自准直使干涉仪11上的条纹在5根以内；其中，所述调整干涉仪11与平面镜14到自准直是使干涉仪11的条纹数小于5根，再在干涉仪11与平面镜14中间加入四维扫描运动平台13，再接着调整窗口玻璃12和平面镜14，使干涉仪11上条纹小于5根。

步骤S3：将四维扫描运动平台13放置在干涉仪11与平面镜14之间，将窗口玻璃12安装在四维扫描运动平台13上；

步骤S4：将四维扫描运动平台13带动窗口玻璃12扫描运动，调整窗口玻璃12与平面镜14使干涉仪11上的条纹为达到最少；

步骤S5：通过四维扫描运动平台13的运动，将窗口玻璃12调整到第一子孔径1位置(0，0)，干涉仪11检测窗口玻璃12并记录此时第一子孔径透射波前数据w1；

步骤S6：通过四维扫描运动平台13的运动，将窗口玻璃12调整到第二子孔径2位置(424，0)，干涉仪11检测窗口玻璃12并记录此时第二子孔径透射波前数据w2；

步骤7S：重复步骤S5、步骤S6直到窗口玻璃12所有子孔径波前数据被检测并记录下来，第三子孔径3到第七子孔径7波前数据分别表示为w3、w4、w5、w6、w7；

步骤S8：将所有子孔径波前数据通过算法拼接，得到窗口玻璃12透射波前，完成对窗口玻璃12的透射波前检测。

其中，所有子孔径波前数据通过子孔径拼接算法拼接(具体算法见：子孔径拼接干涉检测大口径平面波前，汪利华，吴时彬等，光电工程，2009，36(6)：126-130)，具体的拼接方法如下：

w1～w7为干涉仪11直接检测的子孔径波前数据，检测过程中由于四维扫描运动平台13的运动，会给真实的子孔径波前数据引入倾斜和平移调整误差，而每个子孔径倾斜和平移调整误差也都不相同，干涉仪11直接检测的子孔径波前数据w_i可表示为：

w_i＝P_i+T_xi·x+T_yi·y+w_0i (1)

式(1)中i＝1，2…7，x、y分别是指子孔径波前数据x方向和y方向的坐标值，P_i为第i个子孔径平移调整系数，T_xi、T_yi分别为x方向和y方向上倾斜误差调整系数。w_i为直接检测的子孔径波前数据，w_0i为第i个子孔径真实波前数据，w_0i在相邻子孔径重叠区域数据应相等，因此将相邻子孔径重叠区域数据相减，即可得到子孔径间相对调整误差系数：

w_i-w_j＝P_ij+T_xij·x+T_yij·y (2)

式(2)中j＝1，2…7(j≠i)，w_j为直接检测的第j个子孔径波前数据，子孔径i和子孔径j相对平移P_ij和倾斜误差调整系数T_xij、T_yij。

通过式(2)可求出每个子孔径相对倾斜和平移调整误差，得到真实的子孔径波前数据，再将真实的子孔径波前数据插值到窗口玻璃12对应的区域，即可得到窗口玻璃12全口径透射波前，从而对窗口玻璃12透射波前的检测。

本发明未详细阐述的部分属于本领域的公知技术。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。

Claims

1.一种基于子孔径拼接干涉检测的窗口玻璃透射波前检测方法，其特征是：利用由干涉仪、窗口玻璃、四维扫描运动平台、平面镜组成检测系统，并通过以下步骤完成对窗口玻璃透射波前的测量步骤如下：

2.根据权利要求1所述的窗口玻璃透射波前检测方法，其特征在于：步骤S1中计算子孔径个数的步骤如下：设定子孔径坐标是以任意一个包含窗口玻璃有效透射波前数据的子孔径为初始子孔径，编号为第一子孔径，以(x₁，y₁)作为第一子孔径中心坐标位置，其中x₁，y₁的坐标点分别取0对第一子孔径进行位置标定，以第一子孔径圆心(0，0)为坐标原点建立坐标系，在四维扫描运动平台沿水平方向左右运动为x方向，在四维扫描运动平台x方向向左运动为负，向右运动为正；四维扫描运动平台上下运动为y方向，在四维扫描运动平台y方向向上运动为正，向下运动为负；所有子孔径数据区域大小相同，覆盖的面积均为s；在任意方向移动第一子孔径的中心坐标得到第二子孔径，第二子孔径中心坐标为(x₂，y₂)与第一子孔径相邻并且有一重叠区域，重叠区域面积大小为s₂，获取s₂与s之比等于18％；任意方向移动第二子孔径得到第三子孔径，第三子孔径中心坐标为(x₃，y₃)与第二子孔径相邻且有一重叠区域，重叠区域面积大小为s₃，获取s₃与s之比等于18％；依次将子孔径移到其相邻位置得到下一个子孔径，记录下一个子孔径位置坐标，并保证子该孔径与其相邻子孔径即下一个子孔径有一重叠区域，且重叠区域面积与s之比等于18％，重复上述步骤直到所有子孔径能完全覆盖窗口玻璃口径。

3.根据权利要求1所述的窗口玻璃透射波前检测方法，其特征在于：所述调整干涉仪与平面镜到自准直是使干涉仪的条纹数小于5根，再在干涉仪与平面镜中间加入四维扫描运动平台，再接着调整窗口玻璃和平面镜，使干涉仪上条纹小于5根。

4.根据权利要求1所述的窗口玻璃透射波前检测方法，其特征在于：所有子孔径波前数据通过子孔径拼接算法拼接。

5.根据权利要求1所述的窗口玻璃透射波前检测方法，其特征在于：干涉仪口径小于窗口玻璃口径。