一种光学系统波前的子孔径反演方法技术方案

本发明专利技术一种光学系统波前的子孔径反演方法；测试若干子孔径波前，获取子孔径与全孔径空间位置关系；求解全孔径与各子孔径波前泽尼克系数的对应关系，建立子孔径与全孔径泽尼克系数的转换矩阵；提取子孔径波前泽尼克系数，通过矩阵除法求解得到全孔径的泽尼克系数；全孔径泽尼克系数反演得到准确的系统波前。本发明专利技术方法利用子孔径设备解决了全孔径测试的问题，能够极大的节约测试成本；需要子孔径数量少，测试效率较高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学精密测量
，涉及一种光学系统波前的测试方法，可用于 大口径望远镜镜头光学系统检测过程中系统波前的获取。
技术介绍
大口径光学系统在测试时需要大口径平面镜准直光线，而大口径的平面镜加工检 测难度较大，造成大口径光学系统检测成本很高。为了降低大口径光学系统的检测成本，国 内外学者提出了很多的方法。 其中主要的方法是子孔径拼接法，利用小口径干涉仪（或检测镜）每次仅检测整 个光学元件（或光学系统）的一部分区域子孔径；待完成全孔径测量后再使用适当的算法 拼接就可得到全孔径面形信息，具体可参考2005年3期《光学与光电技术》的《子孔径拼接 干涉测试技术现状及发展趋势》。该方法的不足之处在于为了保证拼接精度，各子孔径间需 要一定比例重叠（冗余），为了获取全孔径的波前往往需要连续测试十多个甚至数十个子 孔径，效率低下。 此外2011年12期《强激光与粒子束》的《稀疏子孔径采样检测大口径光学器件》 还提出了利用特定布局的稀疏子孔径采样测试，并拟合得出的全孔径面形。该方法需要子 孔径基本覆盖全孔径，测试精度取决于子孔径对全孔径覆盖的程度，对设备要求较高。 上述方法都要求检测镜遍历或基本覆盖全孔径，则效率和成本不能兼顾。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种光学系统波前的子 孔径反演方法，利用少量离散子孔径波前反演全孔径波前，解决了大口径望远镜检测所需 大口径平面镜研制难度大，成本高的问题。 本专利技术的技术方案是：，步骤如下： 1)将干涉仪置于光学系统焦面位置，采用第一子孔径平面镜自准直形成干涉光 路；所述光学系统包括主镜和次镜； 2)利用干涉仪获取光学系统对应子第一孔径平面镜的波前误差，并测量获得第一 子孔径平面镜相对于主镜的相对位置（Re/'，、）以及第一孔径平面镜与主镜的半径比Si ; 3)将干涉仪置于光学系统焦面位置，采用第二子孔径平面镜自准直形成干涉光 路；其中所述第二子孔径平面镜的摆放位置与第一子孔径平面镜不重叠； 4)利用干涉仪获取光学系统对应子第二孔径平面镜的波前误差，并测量获得第二 子孔径平面镜相对于主镜的相对位置0V，&'）以及第二孔径平面镜与主镜的半径比s 2; 5)根据第一子孔径平面镜、第二子孔径平面镜与主镜的相对位置，分别计算获得 各子孔径与全孔径泽尼克系数的转换矩阵?\、T2，并组成转换矩阵本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学系统波前的子孔径反演方法，其特征在于步骤如下：1)将干涉仪(1)置于光学系统焦面位置，采用第一子孔径平面镜(4)自准直形成干涉光路；所述光学系统包括主镜(2)和次镜(3)；2)利用干涉仪(1)获取光学系统对应子第一孔径平面镜(4)的波前误差，并测量获得第一子孔径平面镜(4)相对于主镜(2)的相对位置(R0”，A0”)以及第一孔径平面镜(4)与主镜(2)的半径比S1；3)将干涉仪(1)置于光学系统焦面位置，采用第二子孔径平面镜(5)自准直形成干涉光路；其中所述第二子孔径平面镜(5)的摆放位置与第一子孔径平面镜(4)不重叠；4)利用干涉仪(1)获取光学系统对应子第二孔径平面镜(5)的波前误差，并测量获得第二子孔径平面镜(5)相对于主镜(2)的相对位置(R0’，A0’)以及第二孔径平面镜(5)与主镜(2)的半径比S2；5)根据第一子孔径平面镜(4)、第二子孔径平面镜(5)与主镜(2)的相对位置，分别计算获得各子孔径与全孔径泽尼克系数的转换矩阵T1、T2，并组成转换矩阵T=T1T2;]]>6)根据干涉仪(1)获取的光学系统对应第一子孔径平面镜(4)、第二子孔径平面镜(5)的波前误差，分别提取第一子孔径平面镜(4)、第二子孔径平面镜(5)的泽尼克系数Z1、Z2，并组成子孔径波前泽尼克系数矩阵Z′=Z1Z2;]]>7)根据子孔径波前泽尼克系数矩阵Z’以及转换矩阵T，利用公式Z＝Z′\T解算获得全孔径波前泽尼克系数Z；8)将全孔径泽尼克系数Z反演为全孔径波前。...

【技术特征摘要】
1. 一种光学系统波前的子孔径反演方法，其特征在于步骤如下： 1) 将干涉仪（1)置于光学系统焦面位置，采用第一子孔径平面镜（4)自准直形成干涉 光路；所述光学系统包括主镜（2)和次镜（3); 2) 利用干涉仪（1)获取光学系统对应子第一孔径平面镜（4)的波前误差，并测量获得 第一子孔径平面镜（4)相对于主镜（2)的相对位置（?ν',Α/)以及第一孔径平面镜（4)与 主镜（2)的半径比Si ; 3) 将干涉仪（1)置于光学系统焦面位置，采用第二子孔径平面镜（5)自准直形成干涉 光路；其中所述第二子孔径平面镜（5)的摆放位置与第一子孔径平面镜（4)不重叠； 4) 利用干涉仪（1)获取光学系统对应子第二孔径平面镜（5)的波前误差，并测量获得 第二子孔径平面镜（5)相对于主镜（2)的相对位置（&'，&'）以及第二孔径平面镜（5)与 主镜（2)的半径比S 2 ; 5) 根据第一子孔径平面镜（4)、第二子孔径平面镜（5)与主镜（2)的相对位置，分别计 算获得各子孔径与全孔径泽尼克系数的转换矩阵?\、T 2，并组成转换矩阵6) 根据干涉仪（1)获取的光学系统对应第一子孔径平面镜（4)、第二子孔径平面镜（5) 的波前误差，分别提取第一子孔径平面镜（4)、第二子孔径平面镜（5)的泽尼克系数ΖρΖ2， 并组成子孔径波前泽尼克系数矩阵7) 根据子孔径波前泽尼克系数矩阵Z'以及转换矩阵T，利用公式Z = Z' \T解算获得 全孔径波前泽尼克系数Ζ ; 8) 将全孔径泽尼克系数Ζ反演为全孔径波前。2. 根据权利要求1所述的一种光学系统波前的子孔径反演方法，其特征在于：步骤5) 中各子孔径与全孔径泽尼克系数的转换矩阵Τ的具体方法为 ： 51) 定义望远镜主镜（2)中心为h，半径长度为，子孔径平面镜中心为02，半径长度 为〇2P2 ;〇2在全孔径坐标系内的极坐标为（&，心)，子孔径上任意点f在子孔径坐标系内的 极坐标为（R 2，A2)，在全孔径坐标系内为汛名）； ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昀，李凌，伏瑞敏，廖志波，王岩，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11