[发明专利]一种离轴非球面反射镜零位补偿检测非线性误差校正方法

说明书

本发明属于离轴非球面反射镜零位补偿检测校正方法，为解决目前零位补偿非线性误差校正方法中，光学校正造成检测系统进一步复杂化，图像校正中，Fiducial功能标定校正精度较低，基准蒙片法制作、安装和使用较为复杂，推导求解非线性误差精度不易控制且推导较为复杂的技术问题，提供一种离轴非球面反射镜零位补偿检测非线性误差校正方法，仅需在检测系统中确定被测镜母镜中心点位置，并对应在像面上获得像面中心点位置，结合光学设计软件逆向光线追迹获得非线性误差变化规律，再结合一般的数据处理，即可实现干涉检测数据非线性误差的高精度校正。

技术领域

本发明属于离轴非球面反射镜零位补偿检测校正方法，具体涉及一种离轴非球面反射镜零位补偿检测非线性误差校正方法。

背景技术

非球面相比于传统的球面拥有更多自由度，可以实现以更少元件校正平衡系统像差的目的，因此，能够很好地满足现代空间光学系统的设计要求。

随着系统指标要求不断提高，如要求无遮拦、大孔径、接近衍射极限成像等，离轴非球面反射镜在系统中的应用愈加广泛，其中，离轴非球面反射镜的高精度加工与检测是实现整体光学系统指标要求的重要因素。

目前，零位补偿法是一种常用的离轴非球面反射镜检测方法，该方法通过补偿器将干涉仪出射的球面波(或平面波)转化为沿被测镜法线方向的波前，经反射后再次通过补偿器与干涉仪标准波前产生干涉，最终实现高精度的面形干涉检测。实际应用中，根据不同被测镜的参数可以选用设计Dall补偿器、Offner补偿器等。在零位补偿检测中，被测非球面反射镜的曲率半径随镜面坐标位置改变而改变，造成非球面镜面坐标系与干涉仪CCD测量坐标系之间的非线性关系，即检测数据坐标与被测镜坐标之间的位置偏差，将会对非球面加工造成误导，严重影响加工效率与加工精度，因此，必须对其进行校正。

常用的零位补偿非线性误差校正方法可分为光学校正与图像校正两大类，其中，光学校正需要使用中继镜，造成检测系统进一步复杂化，因此，未得到广泛应用。图像校正主要有三种：(1)Fiducial功能标定，其数据采样点较少，校正精度较低；(2)基准蒙片法，基准蒙片的制作、安装与使用较为复杂；(3)通过控制移动平台加入离焦项来控制球差变化，进而推导求解非线性误差，但其精度不易控制且推导较为复杂。

发明内容

本发明为解决目前零位补偿非线性误差校正方法中，光学校正造成检测系统进一步复杂化，图像校正中，Fiducial功能标定校正精度较低，基准蒙片法制作、安装和使用较为复杂，推导求解非线性误差精度不易控制且推导较为复杂的技术问题，提供一种离轴非球面反射镜零位补偿检测非线性误差校正方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种离轴非球面反射镜零位补偿检测非线性误差校正方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

S1，确定被测镜母镜中心点位置，并将该中心点位置在干涉仪上显示的像点坐标(x_O′，y_O′)作为空间直角坐标系原点，则干涉仪测量的面形坐标为(x，y，z)；

S2，求解被测镜相对于检测系统光轴的夹角α，并根据该夹角α对干涉仪测量得到的面形坐标数据进行旋转误差校正，得到干涉仪测量的面形坐标为(x′，y′，z′)；

S3，对经步骤S2进行旋转误差校正后的面形坐标数据进行坐标转换，由笛卡尔坐标系转换为极坐标系，将干涉仪测量的面形坐标转换为(ρ，θ，z′)；

S4，对检测系统构建检测理论模型，再对该检测理论模型进行逆向翻转，通过对逆向翻转后的检测理论模型进行光线追迹，获得关于像面中心对称的非线性误差点云数据(ρ_mir，δ_dis)，其中，ρ_mir为被测镜母镜上任一点像相对于像面中心的径向值，δ_dis为径向值为ρ_mir的点对应的畸变量；