本发明专利技术公开了一种基于系统建模的非球面非零位环形子孔径拼接方法。本发明专利技术对实验干涉系统进行建模，对应不同环带的非球面位置建立多结构模型，基于多结构模型建立优化函数，以实际测得的各个环带波前Zernike系数同时作为优化目标，以模型中各个环带波前Zernike系数为因变量，以非球面全口径面形误差为自变量。以各个非球面环带对应的被测面位置作为约束条件，执行优化函数使得模型中各环带波前Zernike系数趋近于实际测量值，则认为模型中被测面全口径面形误差接近实际被测值，从而得到被测面全口径面形误差。本发明专利技术无需专门的形态拼接操作，并且不需要重叠区，减少了可能需要的子孔径数目，增加了拼接精度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种。
技术介绍
目前，子孔径拼接干涉检测技术常被用于大口径深度非球面检测。在各种拼接方 法中，环形子孔径拼接方法因其检测结构简单而被广泛用于旋转对称非球面的检测。其利 用透射球面镜产生标准球面波作为参考波前，匹配不同检测位置处非球面的不同环带区 域，使各个匹配区域达到近似零位检测条件，再利用子孔径拼接算法拼接出全口径面形误 差。然而由于被测非球面各个环带区域的曲率半径各不相同，利用球面波作为参考波前很 难使各个环形子孔径的测量完全符合零位条件，从而造成回程误差；同时，检测中每次对非 球面位置的移动难免造成调整误差，使得各个子孔径数据难以统一基准。因此，在子孔径数 据的拼接中必须对各个子孔径的回程误差和调整误差进行校正。这也是各种子孔径拼接算 法的难点所在。 Liu等人提出了最早的基于Zernike多项式的非球面环形子孔径拼接方法，利用 商用干涉仪测得的各个子孔径面形Zernike系数计算全口径面形Zernike系数。随后， Melozzi和Granados-Agustin分别提出了基于重叠区域的逐次拼接和全局拼接方法，针对 重叠区域面形一致的特点进行最小二乘拟合，用以校正子孔径之间的相对调整误差。侯溪 等人基于环形Zernike多项式提出了更为精确的全口径面形系数的计算方法；陈善勇等还 提出了交互的进行重叠区计算和系统结构优化的迭代拼接算法。然而，上述算法均需依赖 复杂的数学计算公式或重叠区拟合，而且对于每个子孔径的回程误差校正并不精确。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提出一种基于系统建模的非球面非零位环 形子孔径拼接方法，使用光线追迹软件中对检测系统建模，通过实验中测量所得子孔径波 前像差系数对全口径面形误差进行逆向优化求解。该方法利用光线迭代追迹代替了复杂的 拼接算法，而且不需要子孔径间的重叠区。 ，利用多重结构模型约束的逆 向优化，从各个环形子孔径波前的Zernike系数直接得到表征全口径面形误差的Zernike 系数。 所述的多重结构模型是根据系统参数建立的多个独立的系统模型的组合，每一个 子孔径测量位置对应一重结构，每重结构对应的被测面的位置不同，即每一个子孔径测量 位置对应一个独立的系统模型。 所述的多重结构模型约束的逆向优化是利用有严格约束的全局优化函数来执行 的；该全局优化函数以实验所得的各个环带Zernike系数为优化目标；以模型中各个环带 波前Zernike系数为因变量，被测面全口径面形误差为自变量；通过执行全局优化函数，使 得模型中各个环带波前Zernike系数逐渐逼近实验中各个环带波前Zernike系数；当全局 优化函数执行完毕，模型中的被测面全口径面形误差与实验中的被测面全口径面形误差一 致；其中，全局优化函数的约束条件为各个子孔径之间的相对距离；自变量（全口径面形误 差）和因变量（环带波前Zernike系数）的函数关系由光线追迹来定义和执行。 ，具体步骤如下： 步骤1、搭建实验系统； 步骤2、根据实验系统参数建立模型并划分子孔径：根据实验系统参数进行系统 建模，根据探测器分辨率完成环带子孔径划分，记录各个环带对应的被测面在光轴上的位 置参数，设划分后的子孔径数量为N，N为自然数； 所述的建模软件为光线追迹软件； 步骤3、建立多结构模型：根据子孔径划分参数，建立多结构模型，每一重结构对 应一个子孔径测量位置，即非球面环带数与多结构模型中的结构数均为N，每重结构对应的 被测面的位置不同，即每一个子孔径测量位置对应一个独立的系统模型； 3-1、根据多结构模型中的基准环带子孔径对应的非球面与部分零位镜间距，通过 多结构模型中该基准环带返回波前的离焦系数进行精确定位； 3-2、通过干涉图采集模块采集基准环带子孔径干涉图，在计算机中利用相移算法 进行干涉图位相解调，得到实验中探测器接收到的基准环带子孔径返回波前相位； 3-3、根据多结构模型中的其他环带子孔径与基准子孔径之间的相对位置，通过位 移测量干涉仪精确控制非球面与基准环带测量位置的相对移动量进行定位； 3-4、通过干涉图采集模块采集其他环带子孔径干涉图，在计算机中利用相移算法 进行干涉图位相解调，得到实验中探测器接收到的其他环带子孔径返回波前相位； 3-5、重复步骤3-3和3-4,直至所有的其他环带子孔径定位以及其对应的干涉图 解调完成； 步骤4、环带子孔径波前拟合：根据所有环带子孔径的波前位相，进行Zernike环 带拟合，得到所有子孔径的环带Zernike系数； 步骤5、全口径面形优化拼接：将每个子孔径的环带Zernike系数前四项剔除，然 后以所有子孔径的环带Zernike系数为优化目标，以多结构模型中所有环带波前Zernike 系数为因变量，被测面全口径面形误差为自变量；通过多结构优化模块使得模型中各个环 带波前Zernike系数逐渐逼近实验中各个环带波前Zernike系数，其中自变量（全口径面 形误差）和因变量（环带波前Zernike系数）的函数由光线追迹来执行；从而使得模型中 的被测面全口径面形误差与实验中的被测面全口径面形误差一致。 在非球面非零位环形子孔径拼接干涉检测系统中，利用光线追迹软件对实验干涉 系统进行建模，对应不同环带的非球面位置建立多结构模型，基于多结构模型建立优化函 数，以实际测得的各个环带波前Zernike系数同时作为优化目标，以模型中各个环带波前 Zernike系数为因变量，以非球面全口径面形误差为自变量。以各个非球面环带对应的被测 面位置作为约束条件（位置参数由精密位移导轨控制），执行优化函数使得模型中各环带 波前Zernike系数趋近于实际测量值，则认为模型中被测面全口径面形误差接近实际被测 值，从而得到被测面全口径面形误差。 所述的非球面非零位环形子孔径拼接干涉检测系统由稳频激光器出射的细光束 经准直系统被扩束为宽光束平行光，平行光向前传播至分光板处被分为两路光。一路向前 传播至参考平面镜后原路返回作为参考波；另一路向前传播至部分零位镜后先会聚后发 散，发散光近似垂直入射被测非球面后返回，再次经过部分零位镜后入形成检测波。二者在 分光板处发生干涉，经成像镜成像于探测器处。其中，被测非球面由夹持机构安装于导轨， 可沿导轨（光轴）方向移动，使其不同环带返回的波前与参考光的干涉条纹可被探测器分 辨，直到环带覆盖被测面全口径。 所述的部分零位镜为非零位干涉检测系统中常用元件，类似于零位检测中的标准 镜。部分零位镜产生的非球面波前作为参考波前，用以补偿大部分非球面法线像差。非球 面在光轴不同位置处将产生不同密度的干涉条纹，正因为部分零位镜只能补偿被测面的当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于系统建模的非球面非零位环形子孔径拼接方法，其特征在于：利用多重结构模型约束的逆向优化，从各个环形子孔径波前的Zernike系数直接得到表征全口径面形误差的Zernike系数。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘东，杨甬英，张磊，师途，种诗尧，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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