子孔径拼接干涉检测光学平面方法的研究

利用子孔径拼接法测量大口径凸面反射镜王孝坤【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2013(034)001【摘要】On the basis of summing up conventional testing methods for convex mirror, a novel method for testing convex surfaces by subaperture stitching interferometry (SSI) was proposed. A sphere mirror is used as the reference surface, the phase distribution of each subaperture can be measured by the digital wavefront interferometer, and the full aperture surface map can be calculated by stitching several subapertures. The basic principle and theory of SSI were researched, and the stitching processing and prototype for testing convex spheres were devised and developed. A convex SiC sphere with the aperture of 300 mm was tested by SSI with 9 subapertures. For the validation, the sphere was also tested by large interferometer and beam expander, and the peak-valley(PV) and root-mean-square(RMS) residual errors between them were 0. 102 A and 0. 009 A, respectively(λ = 632. 8 nm).%在简要分析各种检测大口径凸球面方法优缺点的基础上,提出了利用子孔径测量凸面反射镜的新方法,利用干涉仪标准球面波前依次干涉测定大口径镜面上各个区域的相位分布,通过子孔径拼接算法即可求解得到镜面全口径面形信息.对该方法的基本原理和实现步骤进行了分析和研究,建立了大口径拼接检测算法数学模型,设计并研制了大口径反射镜拼接检验装置.结合实例对加工过程中的口径为300 mm的碳化硅凸面反射镜进行了9个子孔径的拼接干涉测量,并将检测结果与全口径面形测量结果进行对比,两种方法残差的PV值和RMS 值分别为0.102 λ和0.009 λ(λ=632.8 nm).【总页数】6页(P95-100)【作者】王孝坤【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室,吉林长春130033【正文语种】中文【中图分类】TN247;O436.1【相关文献】1.以环形子孔径扫描法测量大口径非球面的研究 [J], 侯溪;伍凡;吴时彬;陈强2.子孔径拼接法检验大口径光学镜面精度分析 [J], 张明意;李新南3.利用环形子孔径拼接法检测非球面反射镜 [J], 李江;杨朋利;李文婷;王芝;安静;冯婕;马爱秋;付晓庆4.基于子孔径拼接法测量高精度反射镜 [J], 郑立功5.子孔径拼接法检测大口径光学镜面的精度分析 [J], 杨晓洪;高必烈因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

采用立体视觉实现子孔径拼接测量的工件定位张鹏飞;赵宏;周翔;李进军【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2010(018)002【摘要】为了实现大口径光学元件的子孔径拼接干涉测量,提出了采用立体视觉进行光学元件位姿测量的方法,建立了基于双目视觉的子孔径拼接测量系统.介绍了圆形子孔径拼接干涉测量的原理,基于齐次坐标变换分析了其对工件定位的要求;引入了立体视觉辅助测量系统,建立了通用测量模型,利用双目视觉获取不同子孔径测量时与工件刚性连接的特征点的三维全局坐标,在完成全部子孔径测量后利用四元数法求取各子孔径相对于全局坐标系的转换矩阵,然后利用优化拼接算法将各子孔径数据统一到全局坐标系下,完成大口径光学元件的全局测量.最后利用该系统实现了对口径为150 mm平面和100 mm球面的检测.实验结果证明,在本系统中,立体视觉系统平移定位精度优于0.1 mm,转动测量精度优于0.01°,可为优化拼接算法提供一个有效的初始值,该方法能够快速给出各子孔径间的相对坐标变换且不产生误差累积方法简单且可靠.【总页数】9页(P503-511)【作者】张鹏飞;赵宏;周翔;李进军【作者单位】西安交通大学,机械制造系统工程国家重点实验室,陕西,西安,710049;西安交通大学,机械制造系统工程国家重点实验室,陕西,西安,710049;西安交通大学,机械制造系统工程国家重点实验室,陕西,西安,710049;西安交通大学,机械制造系统工程国家重点实验室,陕西,西安,710049【正文语种】中文【中图分类】TP391;TB92【相关文献】1.子孔径拼接干涉的快速调整及测量 [J], 郭福东;唐锋;卢云君;王向朝2.平面子孔径拼接测量研究 [J], 丁凌艳;戴一帆;陈善勇3.基于子孔径拼接法测量高精度反射镜 [J], 郑立功4.利用子孔径拼接法测量大口径凸面反射镜 [J], 王孝坤5.基于光纤干涉投影的子孔径拼接测量方法 [J], 相超;王道档;窦进超;孔明;刘璐;许新科因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

平面光学元件波前检测方法斐索干涉法标准标题：探索平面光学元件波前检测方法：从斐索干涉法到标准化引言：平面光学元件波前检测方法在光学领域中扮演着重要的角色。

其中，斐索干涉法作为一种常用的波前检测方法，为我们提供了有力的工具来评估和优化光学元件的性能。

本文将深入介绍斐索干涉法以及其在波前检测中的应用，并讨论标准化对于提高方法的可靠性与应用广度的重要性。

一、斐索干涉法原理及应用1.1 斐索干涉法的原理斐索干涉法最早由法国物理学家斐索（Léon Foucault）于19世纪中叶提出。

它基于干涉原理，通过将被测光学元件放置在一个与光束交叉的平面上，利用干涉图案的出现来分析光学元件的影响。

斐索干涉法通过观察干涉图案的变化，可以揭示出光学元件的波前形貌、表面形状、光学误差等关键信息。

1.2 斐索干涉法的应用斐索干涉法被广泛应用于光学元件的表面质量评估、透镜设计、光学系统调试等领域。

它不仅可以用于定性分析，还可以结合其他测量方法，如Zernike多项式分析、像差分析等，进行定量评估。

斐索干涉法作为一种非接触、高精度的波前检测方法，为光学领域的研究和应用提供了有力支持。

二、标准化的重要性与挑战2.1 标准化的优势随着光学元件波前检测方法的发展，标准化成为确保方法可靠性和可复制性的关键。

通过制定统一的标准，可以减少不同实验室、不同研究者之间的结果差异，提高数据的比对和共享的可信度。

标准化不仅有助于研究成果的验证和重现，还为光学元件制造商提供了一个量化评估产品性能的依据。

2.2 标准化面临的挑战标准化光学元件波前检测方法面临着多个挑战。

不同光学元件的形状和特性多样，需要针对不同类型元件制定不同的标准。

不同仪器和测量技术的差异也会导致结果的不一致性，因此需要建立统一的校准方法。

标准化还需要考虑波前检测的精度、灵敏度以及适用范围等方面的需求，以保证标准的实用性和有效性。

三、个人观点与理解对于平面光学元件波前检测方法，我认为使用斐索干涉法可以从根本上揭示出光学元件的质量和性能。

第 １ ８卷
第 ２ 期
光 学 精 密工 程
Ｏ ｐ ｉ ｎ ｅ ｉ ｉｎ Ｅｎ ｎｅ ｒｎ ｔｃｓａ ｄ Ｐｒ ｃｓｏ ｇｉ ｅ ｉｇ
Ｖ ｏ ． ８ Ｎ ． 】１ Ｄ２ Ｆｅ ． ２ １ ｂ ００
２１ ０ ０年 ２月
文章 编 号
１０ —２ Ｘ ０ ０ — ５ ３０
ｗｏ ｋ ｐ ｅ ｅ ｌ ｃ ｌ ａ ｉ ｎ ｉ ａ ａ ｙ ｅ ．Ｔｈ ｎ，ｔ ｅ ｓ ｅ ｅ ｉｉ ｎ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ｓ ｓ ｅ ｉ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ａ ｄ ｉｓ ｒ — ｉｃ ｏ ａ ｉ ｔ ｓ ｎ ｌ ｚ ｄ ｚ ｏ ｅ ｈ ｔ ｒ ｏ ｖ ｓｏ ａ ｕ ｅ ｎ ｙ ｔ ｍ ｓｉ ｔ ｏ ｕ ｅ ｎ ｔ ｍ ｅ ｓ ｒｎ ｄ ｌｉ ｅ ｔ ｂ ｉｈ ｄ Ａｆｅ ｈ ｔ ｈ ｒ ｅ ｏ ｎ ｓ Ｄ ｃ ｏ ｄ ｎ ｔ ｓｗｈ ｃ ｒ ｉ ｉ ｌ ｏ — ａ ｕ ｉ ｇ ｍｏ ｅ ｓ ｓ ａ ｌ ｅ ． ｓ ｔ ｒｔ ａ ，ｔ ｅ ｍａ ｋ ｄ ｐ ｉ ｔ ’３ ｏ ｒ ｉ ａ ｅ ｉｈ ａ ｅ ｒｇ ｄ ｙ ｃ ｎ ｎ ｃ ｅ ｔ ｈ ｐ ｉｓ ｕ ｄ ｒｔ ｓ ｒ ｂ ａｎ ｄ ａ ｄ ｔ ｅｔ ａ ｓ ｏ ｍａ ｉｎ ｍ ａ ｒｘ ｉ ｓ ｌ ｅ ｕ ｙ ｔ ｅ ｑ ａ ｅ ｔ ｄ ｗｉｈ ｔ ｅ ｏ ｔｃ ｎ ｅ ｅ ｔａ ｅ ｏ ｔ ｉ ｅ ｎ ｈ ｒ ｎ ｆ ｒ ｔ ｔ ｉ ｓ ｏ ｖ ｄ ｏ ｔｂ ｈ ｕ — ｏ
特 征点 的三 维 全 局 坐标 ， 完 成 全 部 子孔 径 测 量 后 利 用 四元 数 法 求取 各 子 孔 径 相 对 于 全 局 坐 标 系 的 转换 矩 阵 ， 后 利 用 在 然
优化 拼 接 算 法 将 各 子孔 径 数 据 统 一 到 全 局 坐 标 系 下 ， 成 大 口径 光 学 元 件 的 全 局 测 量 。最 后 利 用 该 系 统 实 现 了对 口径 完

22
§4.1 干涉测量基础
样板本身也有误差，这种误差必然会影响到检测结果。下表给
出了基准样板精度等级的划分办法。在光学图纸上，基准样板精 度等级以符号ΔR表示。由于被测面曲率半径和样板曲率半径存在 差异ΔR’，使两者之间存在一定的空气隙厚度。空气隙厚度越大， 光圈数就越多。根据简单的数学推导，可以得到：
的矢高（波高）为Power。当最接近球面为会聚波前时，Power取
正值；当最接近球面为发散波前时，Power取负值。可见，Power
越小，波前的准直性越高，因此将Power称为波前的离焦量。
将Power从PV移出后的剩余量用pv表示。事实上，pv更能体
现波前的极限误差。
虽然PV可以用于描述元件或系统的质量，但这种描述往往容
9
§4.1 干涉测量基础
所有干涉条纹进行强度叠加，形成视场中见到的干涉条纹。 条纹度比度直接取决于光阑大小。
如图所示。设光阑半径为rm0，应用物理光学知识可以证明：
f' rm0 2
/h
K≥90%
m0
1 2
/h
式中h是虚拟空气楔厚度。可见，为保证干涉仪的空间相干性，
采用长焦准直镜，采用尽可能相等的两臂长，减小空气楔厚度是
n 1
若测试光路中混入有杂散光，其强度均为：I' mI1
k 2 n 会导致干涉图像对比度进一步下降 1 n m
见p79图4-4
§3.1 干涉测量基础
(2)光源大小的影响及其空间相干性 干涉条纹的照度很大程度上取决于光源的尺寸。而光源的尺
寸大小又会影响到各种干涉条纹的干涉图样对比度。 平行平板的等倾干涉： 对比度与光源大小无关 杨氏干涉：只有利用狭缝限制光源尺寸，才能获得干涉条纹 楔形板形成的等厚干涉：介于上述两种情况之间。

子孔径拼接中系统误差的修正方法吴世霞;田爱玲;刘丙才;张鹏飞【摘要】为了提高大口径光学元件子孔径拼接测量的检测精度,提出一种平面绝对测量技术,修正子孔径拼接过程中产生的系统误差.利用改进的三面互检法获得参考平面的面形数据,采用这些测量数据构建基于Zernike多项式的参考面面形误差修正波面,在拼接过程中运用误差修正波面对获得的子孔径测量数据进行实时修正,并与全口径直接测量结果进行对比,结果PV(peak value,PV,峰谷值)误差从0.072 1λ减少到0.028 6λ.结果表明该方法有效减少了参考平面系统误差对拼接测量精度的影响,提高了大口径光学元件的检测精度.%In order to improve the detection accuracy of the measurement of large aperture optics stitching,a simple and effective absolute measurement was proposed to amend the system error of the subaperture stitching measurements.Firstly,an improved three-flat test was used to obtain the surface shape data of the reference plane and the surface error wave-front based on the Zernike polynomial was established which was used to correct the error of the sub-aperture measurement data.Then the directly measured values were compared with the full aperture surface stitching results,and the surface error peak value(DV) was reduced from 0.072 1 λ to 0.028 6 λ.The results show that the method is effective in reducing the system error that caused by the reference plane and can effectively improve the detection accuracy of the large aperture optics stitching.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2013(034)004【总页数】5页(P639-643)【关键词】光学测量;子孔径拼接;平面绝对检验;三平面互检【作者】吴世霞;田爱玲;刘丙才;张鹏飞【作者单位】西安工业大学陕西省薄膜与光学检测技术重点实验室,陕西西安710032;西安工业大学陕西省薄膜与光学检测技术重点实验室,陕西西安710032;西安工业大学陕西省薄膜与光学检测技术重点实验室,陕西西安710032;Optical Bioimaging Lab, National University of Singapore, Singapore 117574【正文语种】中文【中图分类】TN247;TH744.3引言子孔径拼接测量技术［1-3］是通过提取相邻子孔径重叠区域参考面之间的相对平移和倾斜，并将这些子孔径的参考面统一到某一指定参考面实现面形的拼接测量。

3;
y
2 1
)
+
d1x 1 y1 +
e1
(
x
2 1
-
y
2 1
)
+
f
1x
1(
x
2 1
+
y
2 1
)
+
g
1
y
1
(
x
2 1
+
y
2 1
)
+
h1
=
w2+
a2 x 2 +
b2y 2+
c2
(
x
2 2
+
y
2 2
)
+
d2x 2 y2 +
e2
(
x
2 2
-
y
2 2
)
+
f
2x
2(
x
2 2
+
y
2 2
)
+
g
2
y
2
(
x
2 2
测量.
A
XX
XY
X(X 2+ Y2)
X
-1 X W
B= C
YX ( X 2+ Y2 ) X
YY (X 2+ Y2 )Y
Y( X2+ Y2) (X2 + Y2)2
Y (X2+ Y2)
YW ( X2+ Y2)W
( 6)
D
X
Y
(X2 + Y2)
N
W
3 拼接检测实验
为了验证拼接原理和数学模型的准确性, 结合实

1.5
4.8
1.4
rmRMsS值 ((nm)nm)
rms (nm) RMS值 (nm)
4.6
1.3
4.4
1.2
4.2
1.1
4
1
3.8
0.9
3.6
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
十组(10次/组)独立组实数 验参考面结果
x 10-3 2.5
10组 数 据 泽 尼 克 系 数 平 均 值 (被 测 面 )
十组(10次/组)独立实验被测面结果 0.8
❖ 2001年，德国Carl Zeiss公司在自制的斐索型干涉仪Direct 100上运用 该技术实现了球面的绝对检测，检测精度达到了0.15nm RMS和 0.07nm 的重复性。
❖ 2002年，Nikon公司则点衍射干涉仪上运用该绝对检测技术实现了 RMS 为0.3nm的高精度面形检测。
被测球面
目录
❖ 1、概述 ❖ 2、国内外高精度面形检测技术现状和发展趋势 ❖ 3、高精度面形干涉检测技术进展 ❖ 4、结束语
1
一、概述
2
大型望远镜
空间望远镜
ICF
现代光学工程向”一大一小” 两个方向发展。
大 ❖ “大”:大口径 大相对口径 拼接 离轴非球面 轻质量 高精度 ❖ “小”:亚纳米级高精度面形 低中高频粗糙度 大型地基望远镜、空间望远镜、惯性约束聚变装置、深紫外 和极紫外投影曝光系统已经成为现代光学工程的典型代表。
❖ 随后，Ulf Griesmann等报道了一种随机球标定法的实施装置。美国亚 利桑那大学的Zhou Ping等对随机球标定法的随机误差、几何误差和 衍射误差进行了分析。

推荐指数 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2010年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
科研热词 面形检测 非零位检测 非球面 表面缺陷 相位误差拼接 相位梯度自聚焦 特征分类 条带模式 显微散射成像 对准误差 子孔径拼接 子孔径偏移 图像拼接 合成孔径雷达 双曲面次镜 光学测量 光学检验
2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47
科研热词 子孔径拼接 光学检测 大口径反射镜 子孔径拼接干涉 顺序拼接 非零位测试 非球面 测量 子孔径拼接干涉术 子孔径 凸非球面 高精度 面旋转误差 面形误差 非共路误差 配准误差 逆合成孔径雷达 调整误差 误差抑制 误差均化 表面测量 碳化硅 相位测量 相位拼接技术 模式搜索算法 最小二乘拟合 数字全息 拼接算法 成像视场 成像 平面绝对检验 平行光管 平流层平台 干涉测量 子孔径拼接干涉计测 大口径光学元件 同步拼接 动态范围 凸面反射镜 全局优化算法 光学面形检测 光学测量 光学 仿真 三角剖分 三平面互检 sas技术
推荐指数 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2009年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
科研热词 磁流变抛光 光学三维测量 预测 非球面检测 迭代算法 接 多孔径拼接 圆柱度 四元数 去除机理 去除函数模型 光栅投射

自检 验 子孔 径测 试 结果对拼 接 结 果进 行 精 度 分 析 。 实验 结 果表 明 ： 拼 接 结果 无 “ 拼痕” ， 拼 接 结
果 与 全 口径 测 试 结 果 、自检 验 子 孔 径 测 试 结 果 一 致 ；拼 接 结 果 与 全 口径 面 形 测 试 的 ＰＶ 值 与
Ｒ ＭＳ值 的偏差 分别 为 ０ ． ０ ２ ０ 与 ０ ． ０ ０ ２ ， 验 证 了检 测 的 可靠性 和 准确性 。
ｆ ｉ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ，ｗｅ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ｒ ｅ ａ ｓ ｏ ｎ ａ ｂ ｌ ｅ ｓ ｔ ｉ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍｓ ａ ｎ ｄ ｍａ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｓ ．Ｉ ｎ ａ ｄ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ，
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ： Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｓ ｏｌ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｔ ｃ ｈｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎｇ ｏ ｆ ｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｅ ｏｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｆ ｌ ａ ｔ ｍｉ ｒ ｒ ｏｒ ，ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｌ ｅ ａ ｓ ｔ ｓ ｑｕ ａ ｒ ｅ ｓ
ｓ ａ ｍｅ ｔ ｉ ｍｅ ，ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ｗａ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｆ ｕ ｌ ｌ ａ ｐ ｅ ｒ ｔ ｕ ｒ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ａ ｎ ｄ
关键 词 ： 光 学检 测 ； 干 涉测 量 ； 子孔 径拼接 ； 最 小 二 乘 拟 合
中 图分 类号 ： Ｔ Ｎ２ ４ ７ ； ０ ４ ３ ６ ． １ 文献标志码 ： Ａ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ５ ７ ６ ８ ／ Ｊ Ａ Ｏ２ ０ １ ４ ３ ５ ． ０ １ ０ ３ ０ ０ ２

本文对不同加工阶段非球面光学元件的检测 技术进行了分类和归纳，分析了各种检测方法的 适用条件及优缺点，重点对制约非球面面形精度 进一步提高的干涉检测技术进行介绍。针对大口 径及深度非球面面形检测时遇到的问题和解决方 案提炼出组合干涉法的概念，并简要介绍了自由
曲面的检测技术。总结了 21 世纪以来非球面光 学元件面形检测技术的最新进展，分析展望了非 球面面形检测技术的发展趋势。
非球面光学元件的非接触式检测方法可以大 致归纳为几何光线法和干涉法［13］，如图 4 所示。
几何光线法是指基于几何光学原理对非球面 面形进行检测的技术，例如刀口阴影法、光阑法、 Hartmann、Shack-Hartmann 波前传感器法、Ｒonchi 光栅法 和 激 光 扫 描 法 等［12，24］。 干 涉 法 检 测 技 术 又可以分为零位干涉和非零位干涉两类，是目前 精密抛光后高精度非球面面形检测的主要方法。
非球面面形的接触式检测主要应用在非球面
28
中国光学
第7 卷
加工 的 研 磨 和 粗 抛 光 阶 段，一 般 可 采 用 轮 廓 仪 法［13，17-18］和激光跟踪仪检测法。特别是对于研磨 阶段的旋转对称非球面来说，轮廓仪测量是一种 快捷、经济、有效的检测手段［19］。
轮廓仪的研究历史较早，是较成熟的一种非 球面面形 检 测 方 法［20］。 它 利 用 高 精 度 控 制 系 统 控制探针的移动，扫描整个非球面表面，获取全口 径 多 个 离 散 点 的 坐 标 数 据，从 而 得 到 面 形 误 差。 2009 年，美国 Arizona 大学光学中心研制的摆臂 式轮廓扫描仪（ 如图 2 所示） 在检测口径 1 m 量 级的 大 口 径 非 球 面 时，检 测 精 度 高 达 9 nm ＲMS［21］。中国科学院 长 春 光 学 精 密 机 械 与 物 理 研究所研发的接触式三坐标轮廓测量仪在检测口 径 1 m 范围内的非球面光学元件时，面形测量精 度可达到 0. 2 μm ＲMS［12］。轮廓仪法在测量非球 面面形过程中无需辅助装置和元件，操作简单，还 可以同时测得非球面顶点球的曲率半径［22］，并且 也适用于大陡度非球面，因而目前在非球面加工 初期的检测中应用较多。然而由于其基于单点扫 描，测量时间一般较长，测量精度也受到运动机构 很大的影响，同时探针的接触也会损伤元件表面， 所以要得到更高精度的检测结果比较困难。

子孔径拼接检测非球面时调整误差的补偿王孝坤【摘要】针对在子孔径拼接测量非球面的过程中干涉仪与待测非球面相对位置存在的对准误差,提出了一种基于模式搜索迭代算法的调整误差补偿方法.该方法可以很好地从测量的子孔径相位数据中消除由拼接测量位置没有对准带来的调整误差,实现多个子孔径的精确拼接.对该方法的基本原理和实现步骤进行了分析和研究,建立了子孔径拼接测量的调整误差补偿模型.对口径为230 mm×141 mm的离轴碳化硅非球面反射镜进行了调整误差补偿和相位数据拼接,得到了精确的全口径面形分布.作为验证,对待测非球面进行了零位补偿检测,结果显示两种测试方法的面形PV值和RMS值的相对偏差仅为0.57％和2.74％.【期刊名称】《中国光学》【年(卷),期】2013(006)001【总页数】8页(P88-95)【关键词】子孔径拼接干涉术;非球面;调整误差;模式搜索算法;非共路误差【作者】王孝坤【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光学系统先进制造技术中国科学院重点实验室,吉林长春130033【正文语种】中文【中图分类】TQ171.65;O436.1子孔径拼接干涉测量(SSI)是利用小口径干涉仪的标准球面参考波前对大口径非球面上各区域的相位进行逐次测量，然后通过SSI算法获得非球面全口径面形信息的测量方法［1-6］。

SSI技术拓宽了干涉仪测量非球面的横向和纵向动态范围，使干涉仪测量非球面的口径和相对口径都有了很大的增加。

此外，由于对小块子孔径区域测量所利用的干涉仪CCD像元面积与全口径干涉测量所利用的干涉仪CCD 像元面积是相同的，所以SSI能够获得非球面面形中高频段的信息。

使用SSI技术无需补偿透镜、计算全息、大口径辅助镜等光学辅助元件就能实现对大口径非球面、离轴非球面、甚至自由曲面的检验，同时可以获得面形中高频的相位信息，这不仅提高了分辨率，而且降低了成本，节省了时间［7-13］。

由于SSI利用标准球面波检测非球面，对于单个子孔径相位数据的测量，需要干涉仪出射波前的曲率半径与待测子孔径区域的最接近球面半径吻合，因此对拼接调整机构的定位精度和重复精度有很高的要求。

! 原
理
［ ］ ! " ! # $ % & ’三面互检法原理 7 三个平面的面形偏差函数分别表
（"， 、 （"， 、 （"， ， 如 示为 $ % & #） #） #） 图! ， 两两四次组合测量的波差函数 分 别 表 示 为： （"， （"， ’ ( #） 、 #） 、 （"， （"， ， 以测试面的坐标 ) * #）、 #） 系为基准， 处于参考面位置的平面的 坐标系在 " 轴有相对翻转， 如& （"，
［ ］ 年( 6 Z 6 [ 8 8 E L E= 提出了一种伪剪切干涉计量测试 ［ — ］ < : $ 技术， 国内也相继进行了一些探讨 ， 这种方法
作用、 蒸发、 灰尘影响、 温度梯度、 静电荷分子引力作 用、 外界磁场作用以及液体的自身不均匀性都会使 液面曲率发生变化， 同时使用液面作为干涉基准平 面时， 被测光学平面必须水平夹持， 这样由于万有引 力作用引起的被测平面下垂也会引入较大误差， 因 此这种方法一直难以在生产中实用化。
；收到修改稿日期： " 收稿日期： " $ $ # ; $ % ; : = " $ $ # ; $ = ; : &
： ； — 6 7 , * / % J N 8 E 5 8 A !S L A 5 6 E H G B 6 8 M H 6 J E 4 B A J G V H ! G A E L 6 J 4 S P 9 作者研究生， 从事光学测量技术研究。 : & < " ;
第! "卷 第#期 "$ $ %年 &月
光 学 技 术
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基于Shack-Hartmann的子孔径拼接波前检验技术吴晶;王建立;林旭东【期刊名称】《光电工程》【年(卷),期】2011(038)001【摘要】针对传统的地基大口径望远镜自准直干涉检测受器材限制和环境影响而检测困难的问题,提出了基于Shack-Hartmann波前探测器的子孔径拼接波前检测方法.介绍了子孔径拼接检测理论和拼接算法,研究了Shack-Hartmann下实现子孔径上波前精确测量的方法,设计了具有透射孔的光阑实现自准直光路中子孔径毫米级的定位.实验使用32单元的Shack-Hartmann渡前探测器和40 mm的平面反射镜,实现了口径扩展比1.8的子孔径拼接检测;对比表明均化误差的处理方法优于两两拼接方法,其拼接检测结果与全口径检测结果之差的PV值为0.5波长.实验结果表明,这种技术在大口径望远镜波前自准直检测中有很好的应用前景.%The ground-based telescope is traditionally tested by autocollimation against a flat mirror. As the aperture of telescope goes larger, the testing can not be performed any more because of the more severe limitation of unstable environment and impracticably flat mirror. The solution of testing wave-front by sub-aperture stitching technique based on Shack-Hartmann wave-front sensor is introduced. This paper begins with a simple description of Sub-Aperture Test (SAT) theory, and explores the methods aiming at more accurate Shack-Hartmann sub-aperture test result. A new trick,that put a plane with holes in the parallel light path, can make sure the location of sub-aperture hit the target. A 32 units Shack-Hartmannwave-front sensor and a 40mm flat mirror is used for testing a optical system 1.8 times larger than the flat mirror and the sub-aperture test results are stitched by two different ways. The experimental results show that error averaging method is superior in error propagation property to stitching one-by-one method, and Peak-to-Valley of the difference between the direct measurement and SAT result is 0.5 wavelength. It is concluded that the technique is useful and has a good application future in practically testing the wave-front error of great telescopes.【总页数】5页(P39-43)【作者】吴晶;王建立;林旭东【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,长春130033;中国科学院研究生院,北京100039;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,长春130033;中国科学院研究生院,北京100039【正文语种】中文【中图分类】TN247【相关文献】1.拼接检测系统平面波前稀疏子孔径排列模型的优化 [J], 罗倩;吴时彬;汪利华;杨伟;范斌2.子孔径拼接干涉检测大口径平面波前 [J], 汪利华;吴时彬;侯溪;匡龙;曹学东3.基于子孔径波面拼接的直接波前解卷积效率 [J], 黄健;樊志华;吴建东;谢长生4.宽光束波前测量子孔径拼接方法研究 [J], 付跃刚;刘智颖;张磊;李萍;王志坚5.一种基于Shack-Hartmann传感器的自适应波前重建算法 [J], 李战国;李邦明;李常伟;张思炯因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

子孔径拼接检测方法的目标函数优化
苏云;李博
【期刊名称】《航天返回与遥感》
【年(卷),期】2008(029)001
【摘要】子孔径拼接检测技术是一种利用小口径干涉仪实现对大口径光学系统检测的有效方法.在子孔径拼接算法中,需要对子孔径重叠区域的采样数据进行最小二乘拟合,得到各孔径的相对误差,从而将它们统一到同一参考面上,完成拼接.最小二乘拟合目标函数的优劣将直接影响拼接精度的高低.文章利用光学仿真软件,提取对误差敏感的Zernike多项式的项,并推导得到具有较高精度的目标函数,通过仿真计算验证了该目标函数能满足高精度子孔径拼接的要求.
【总页数】4页(P55-58)
【作者】苏云;李博
【作者单位】北京空间机电研究所,北京,100076;北京空间机电研究所,北
京,100076
【正文语种】中文
【中图分类】V4
【相关文献】
1.子孔径检测及拼接的目标函数分析法 [J], 白剑;程上葬
2.一种慢速运动目标ISAR子孔径拼接方法 [J], 黄燕;李安平;朱丰;冯有前;张茜
3.一种基于子孔径SAR的地面运动目标检测方法 [J], 王金峰;邓海涛
4.子孔径检测及拼接的目标函数分析法 [J], 白剑;程上彝
5.子孔径检测及拼接的目标函数分析法 [J], 白剑;程上彝
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