CN116839506A - 掠入射式拼接平面镜面形检测方法、系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及超大口径空间望远镜的标准器具的技术领域，特别是拼接式平面镜面形检测的技术领域，具体涉及一种掠入射式拼接平面镜面形检测方法，由干涉仪发出的准直光束掠入射到被检拼接平面镜上，之后经过被检拼接平面镜反射到标准平面镜上，再沿原路返回与干涉仪的参考光束发生干涉得到通过干涉仪两次不同方向的入射，进行相应算法拟合迭代完成全口径的拼接平面镜检测，在掠入射方向能完成整列子镜的检测，节省了检测时间。该方法使用技术较为成熟的干涉仪，使得被测量信息具有高精度的特点。该方法使用小口径的标准平面镜作为参考镜，减小了标准平面镜制造的难度。该方法可以高效率的完成对超大型拼接平面镜的全口径面形检测。
Description
技术领域
本发明涉及超大口径空间望远镜的标准器具，特别是拼接式平面镜面形检测技术领域，尤其涉及一种掠入射式拼接平面镜面形检测方法、系统。
背景技术
随着大口径光学系统在空间光学等领域越来越广泛的应用，在检验超大口径光学系统时，常规大口径平面单镜尺寸已经无法满足其作为标准器具对光学系统自准检验。因此，需要拼接式平面镜和对其高精度、高效率的面形检测技术进而完成对超大光学系统的检测。
目前，对拼接平面镜的主要检测方法是基于夏克哈特曼传感器的应用和五棱镜扫描法。夏克哈特曼法检测拼接平面镜原理如图1所示，激光器发出的参考点光源1经过准直透镜2后产生的平行光被分束镜3反射到拼接反射镜4，从拼接反射镜4反射回来的光束透过分束镜3被微透镜阵列5会聚到位于其焦面的CCD探测器6上形成光斑阵列图，之后通过分析对比光斑的能量分布可以对平移误差进行测量。五棱镜扫描系统采用以反射镜自身作为参考的方式，其工作原理如图2，自准直仪21发出的光束被五棱镜22偏转90°后入射到拼接平面镜23上，经拼接平面镜23反射后再经过五棱镜回到自准直仪21，通过扫描移动完成对整个拼接平面镜的检测。
在现有技术中，为提高检测精度，基于哈特曼法衍生出了夏克哈特曼宽窄带法（根据微透镜后的光斑形状随子镜间piston误差变化来检测子镜间的piston误差）和夏克哈特曼扫描拼接法（将夏克哈特曼传感器采集到的各个子孔径信息拼接出整个口径的斜率信息，利用基于Zernike多项式的模式重构方法恢复检测面形），夏克哈特曼检测法覆盖范围较小，通过对大量特征点遍历计算后才能解算出拼接平面镜面形，无法一次性对拼接平面镜进行全口径检测，该方法所需时间过长，检测光路复杂，不适用于较多拼接子镜间的piston 共相检测。宽带哈特曼法和窄带哈特曼法搭配使用虽然可以实现由粗共相到精共相检测范围的拓展，但是由于采用互相关算法运算，检测效率低。五棱镜扫描检测法在工作过程中，系统元器件的制造误差、五棱镜移动过程中的位置变化、自准直仪本身的测量误差、环境的振动以及温度的变化都会对系统的测量精度产生影响。因此五棱镜扫描检测法对拼接平面镜检测的精度不高。
发明内容
本发明为解决上述问题，提供一种掠入射式拼接平面镜面形检测方法、系统。
第一方面，本发明实施例中提供一种掠入射式拼接平面镜面形检测方法，包括：
干涉仪发出的平行光经过准直后得到的准直光束以第一方向掠入射到被检拼接平面镜，所述被检拼接平面镜具有多个以列排布的子镜，每次掠入射对应一列；
所述准直光束经过所述被检拼接平面镜反射到标准平面镜上，经由所述标准平面镜反射后原路返回与所述干涉仪的参考光束发生干涉得到第一列子镜干涉图；
继续调整所述准直光束以第二方向掠入射至所述被检拼接平面镜进而得到第二列子镜干涉图，所述第一方向与所述第二方向不相同；
利用子孔径拼接法对所述第一列子镜干涉图以及所述第二列子镜干涉图进行拼接拟合得到所述被检拼接平面镜的全面形检测结果。
作为一种可选的方案，相邻列的所述子镜之间采用平行方式排布。
作为一种可选的方案，所述继续调整所述准直光束以第二方向掠入射至所述被检拼接平面镜进而得到第二列子镜干涉图，包括
将所述干涉仪放置在位置调整机构上，所述位置调整机构用于带动所述干涉仪围绕所述被检拼接平面镜的周向进行移动，以使得所述准直光束以不同方向掠入射至所述被检拼接平面镜。
作为一种可选的方案，所述子镜呈正六边形。
第二方面，本发明实施例中提供一种掠入射式拼接平面镜面形检测系统，包括干涉仪、准直镜、标准平面镜、上位机；
所述干涉仪发出的平行光经过所述准直镜准直后得到的准直光束，所述准直光束以第一方向掠入射到被检拼接平面镜，所述被检拼接平面镜具有多个以列排布的子镜，每次掠入射对应一列；
所述准直光束经过所述被检拼接平面镜反射到所述标准平面镜上，经由所述标准平面镜反射后原路返回与所述干涉仪的参考光束发生干涉得到第一列子镜干涉图；
继续调整所述准直光束以第二方向掠入射至所述被检拼接平面镜进而得到第二列子镜干涉图，所述第一方向与所述第二方向不相同；
所述上位机利用子孔径拼接法对所述第一列子镜干涉图以及所述第二列子镜干涉图进行拼接拟合得到所述被检拼接平面镜的全面形检测结果。
作为一种可选的方案，还包括：
位置调整机构，用于带动所述干涉仪围绕所述被检拼接平面镜的周向进行移动，以使得所述准直光束以不同方向掠入射至所述被检拼接平面镜。
与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：
本发明实施例中提供一种掠入射式拼接平面镜面形检测方法、系统，由干涉仪发出的准直光束掠入射到被检拼接平面镜上，经过被检拼接平面镜反射到标准平面镜上，再沿原路返回与干涉仪的参考光束发生干涉得到通过干涉仪两次不同方向的入射，进行相应算法拟合迭代完成全口径的拼接平面镜检测，在掠入射方向能完成整列子镜的检测，节省了检测时间。该方法使用技术较为成熟的干涉仪，使得被测量信息具有高精度的特点。该方法使用小口径的标准平面镜作为参考镜，减小了标准平面镜制造的难度。该方法可以高效率的完成对超大型拼接平面镜的全口径面形检测。
附图说明
图1是现有技术中夏克哈特曼检测拼接反射镜的示意图；
图2是现有技术中五棱镜扫描检测的示意图；
图3是根据本发明实施例提供的一种掠入射式拼接平面镜面形检测方法的流程示意图；
图4是根据本发明实施例提供的一种掠入射式拼接平面镜面形检测方法中被检拼接平面镜的结构示意图；
图5是根据本发明实施例提供的一种掠入射式拼接平面镜面形检测方法中不同方向掠入射进行全口径检测的示意图；
图6是根据本发明实施例提供的一种掠入射式拼接平面镜面形检测系统中结构示意图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
结合图3所示，本发明实施例中提供一种掠入射式拼接平面镜面形检测方法，包括：
S101、干涉仪发出的平行光经过准直后得到的准直光束以第一方向掠入射到被检拼接平面镜，所述被检拼接平面镜具有多个以列排布的子镜，每次掠入射对应一列。
干涉仪是利用光波的干涉效应制成的精密测试仪器，干涉检测技术是光学精密检测领域中最主要的检测手段之一，是基于光波叠加原理，分析处理干涉场中亮暗变化、条纹形状变化或其条纹级数变化，从而获取被测量的有关信息，具有大量程、高灵敏度、高精度等特点。利用干涉仪可对被检拼接平面镜进行较高精度的面形检测。
结合图4所示，需要说明的是，被检拼接平面镜62可以使用多个口径较小的子镜60进行拼接，多个子镜以列排布，每次掠入射对应一列，子镜的形状可以是正六边形，方便拼接，使用拼接方法可以得到口径更大的平面镜，避开了大口径单镜制造、加工、运输、成本等问题。
为了便于对被检拼接平面镜进行面形检测，检测前会预先对被检拼接平面镜进行入射方向的划分，在检测的过程中通过控制干涉仪以不同的入射方向进行掠入射，这里为了方便说明，以第一次入射作的方向作为第一方向。
S102、所述准直光束经过所述被检拼接平面镜反射到标准平面镜上，经由所述标准平面镜反射后原路返回与所述干涉仪的参考光束发生干涉得到第一列子镜干涉图。
由于干涉仪发出的准直光线与被检拼接平面镜表面的夹角角度很小，可完成对超大口径的被检拼接平面镜入射方向的一列所有子镜进行检测，可快速得到入射方向上一整列子镜干涉图，该干涉图可反映被检拼接平面镜在入射方向的一列子镜与理想平面镜的平移误差。
S103、继续调整所述准直光束以第二方向掠入射至所述被检拼接平面镜进而得到第二列子镜干涉图，所述第一方向与所述第二方向不相同。
根据预先对被检拼接平面镜进行入射方向的划分，逐一进行掠入射的照射，这里为了方便说明，以第二次掠入射的方向作为第二方向，需要说明的是，这里调整准直光束的掠入射方向可以保持被检拼接平面镜不动，通过调整干涉仪的位置使得准直光束的掠入射方向发生相对改变，本领域普通技术人员可以灵活选择，对此不做限定。
S104、利用子孔径拼接法对所述第一列子镜干涉图以及所述第二列子镜干涉图进行拼接拟合得到所述被检拼接平面镜的全面形检测结果。
结合图5所示，通过干涉仪两次不同方向的入射，不同方向掠入射完成全口径检测如图5中所示，进行相应算法拟合迭代完成全口径的拼接平面镜检测。子孔径拼接法可以包括以下步骤，首先是子孔径划分，根据干涉仪视场和被检拼接平面镜的比例大小、子孔径之间重叠区域的大小选择合适的子孔径圈数，确定子孔径个数以及分布。为了保证拼接的准确性，一般要求子孔径之间的重叠区域不少于子孔径口径的1/4。其次是子孔径扫描，根据子孔径规划找出测量各子孔径的最佳路径，通过干涉仪和被检拼接平面镜之间的相对运动，将干涉仪对准某个子孔径，将该子孔径的干涉图调节至零条纹后进行干涉检测，之后运动到下一个子孔径位置，直到所有子孔径面形均测量完为止。通过平移扫描需控制x、y轴的移动让子孔径检测区域覆盖被检拼接平面镜。最后是子孔径拼接，由于在条纹调零过程中和子孔径定位时会引入像差，导致重叠区域的相位值并不完全一致，所以需要选择合适的拼接算法消除相邻孔径间的平移、倾斜（球面镜还需要消除离焦）误差等，将各个子孔径检测结果拼接到一个相同的坐标系，得出全口径面形检测结果。
在一些实施例中，相邻列的所述子镜之间采用平行方式排布，相邻的一列的照射方向可以平行，方便对子镜的检测。
在采用保持被检拼接平面镜不动，通过调整干涉仪的位置使得准直光束的掠入射方向发生相对改变的方案中，在步骤S102中，所述继续调整所述准直光束以第二方向掠入射至所述被检拼接平面镜进而得到第二列子镜干涉图，包括
将所述干涉仪放置在位置调整机构上，所述位置调整机构用于带动所述干涉仪围绕所述被检拼接平面镜的周向进行移动，以使得所述准直光束以不同方向掠入射至所述被检拼接平面镜。
本发明实施例中提供一种掠入射式拼接平面镜面形检测方法，在掠入射方向能完成整列子镜的检测，节省了检测时间。该方法使用技术较为成熟的干涉仪，使得被测量信息具有高精度的特点。该方法使用小口径的标准平面镜作为参考镜，减小了标准平面镜制造的难度。该方法可以高效率的完成对超大型拼接平面镜的全口径面形检测。
结合图6所示，本发明实施例中提供一种掠入射式拼接平面镜面形检测系统，包括干涉仪61、准直镜（图中未示出）、标准平面镜63、上位机（图中未示出）；
所述干涉仪61发出的平行光经过所述准直镜准直后得到的准直光束，所述准直光束以第一方向掠入射到被检拼接平面镜62，所述被检拼接平面镜62具有多个以列排布的子镜（图中未示出），每次掠入射对应一列；
所述准直光束经过所述被检拼接平面镜62反射到所述标准平面镜63上，经由所述标准平面镜63反射后原路返回与所述干涉仪61的参考光束发生干涉得到第一列子镜干涉图；
继续调整所述准直光束以第二方向掠入射至所述被检拼接平面镜62进而得到第二列子镜干涉图，所述第一方向与所述第二方向不相同；
所述上位机利用子孔径拼接法对所述第一列子镜干涉图以及所述第二列子镜干涉图进行拼接拟合得到所述被检拼接平面镜62的全面形检测结果。
在一种可能的实施例中，还包括位置调整机构（图中未示出），用于带动干涉仪61围绕被检拼接平面镜62的周向进行移动，以使得所述准直光束以不同方向掠入射至所述被检拼接平面镜62。
本发明实施例中提供一种掠入射式拼接平面镜面形检测系统， 由干涉仪发出的准直光束掠入射到被检拼接平面镜上，之后经过被检拼接平面镜反射到标准平面镜上，再沿原路返回与干涉仪的参考光束发生干涉得到通过干涉仪两次不同方向的入射，进行相应算法拟合迭代完成全口径的拼接平面镜检测，在掠入射方向能完成整列子镜的检测，节省了检测时间。该方法使用技术较为成熟的干涉仪，使得被测量信息具有高精度的特点。该方法使用小口径的标准平面镜作为参考镜，减小了标准平面镜制造的难度。该方法可以高效率的完成对超大型拼接平面镜的全口径面形检测。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (6)
1.一种掠入射式拼接平面镜面形检测方法，其特征在于，包括：
干涉仪发出的平行光经过准直后得到的准直光束以第一方向掠入射到被检拼接平面镜，所述被检拼接平面镜具有多个以列排布的子镜，每次掠入射对应一列；
所述准直光束经过所述被检拼接平面镜反射到标准平面镜上，经由所述标准平面镜反射后原路返回与所述干涉仪的参考光束发生干涉得到第一列子镜干涉图；
继续调整所述准直光束以第二方向掠入射至所述被检拼接平面镜进而得到第二列子镜干涉图，所述第一方向与所述第二方向不相同；
利用子孔径拼接法对所述第一列子镜干涉图以及所述第二列子镜干涉图进行拼接拟合得到所述被检拼接平面镜的全面形检测结果。
2.根据权利要求1所述的掠入射式拼接平面镜面形检测方法，其特征在于，相邻列的所述子镜之间采用平行方式排布。
3.根据权利要求1所述的掠入射式拼接平面镜面形检测方法，其特征在于，所述继续调整所述准直光束以第二方向掠入射至所述被检拼接平面镜进而得到第二列子镜干涉图，包括
将所述干涉仪放置在位置调整机构上，所述位置调整机构用于带动所述干涉仪围绕所述被检拼接平面镜的周向进行移动，以使得所述准直光束以不同方向掠入射至所述被检拼接平面镜。
4.根据权利要求1所述的掠入射式拼接平面镜面形检测方法，其特征在于，所述子镜呈正六边形。
5.一种掠入射式拼接平面镜面形检测系统，其特征在于，包括干涉仪、准直镜、标准平面镜、上位机；
所述干涉仪发出的平行光经过所述准直镜准直后得到的准直光束，所述准直光束以第一方向掠入射到被检拼接平面镜，所述被检拼接平面镜具有多个以列排布的子镜，每次掠入射对应一列；
所述准直光束经过所述被检拼接平面镜反射到所述标准平面镜上，经由所述标准平面镜反射后原路返回与所述干涉仪的参考光束发生干涉得到第一列子镜干涉图；
继续调整所述准直光束以第二方向掠入射至所述被检拼接平面镜进而得到第二列子镜干涉图，所述第一方向与所述第二方向不相同；
所述上位机利用子孔径拼接法对所述第一列子镜干涉图以及所述第二列子镜干涉图进行拼接拟合得到所述被检拼接平面镜的全面形检测结果。
6.根据权利要求5所述的掠入射式拼接平面镜面形检测系统，其特征在于，还包括：位置调整机构，用于带动所述干涉仪围绕所述被检拼接平面镜的周向进行移动，以使得所述准直光束以不同方向掠入射至所述被检拼接平面镜。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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