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专利名称：一种子孔径拼接中系统误差的修正方法
技术领域：
本发明属于光学测量领域，特别是一种子孔径拼接中系统误差的修正方法。
背景技术：
在大尺寸光学元件面形的拼接测量中，各个子孔径是独立调整与测量的，因此将引入不同的倾斜量，拼接即是将子孔径准确定位，并消除倾斜量的差异。最常用的拼接方法重叠子孔径法，以相邻子孔径之间的重叠区域求出其相对倾斜并消除之。在这个过程中，环境因素造成的干涉仪测量随机误差、采样点阵错位误差、子孔径定位误差等，通常表现为封闭子孔径循环拼接时的剩余误差，对此已有多种误差均化算法被提出，并已经取得良好的效果。然而在面形测量中，各子孔径采用数字波面干涉仪进行的是相对测量，因此参考平晶的误差将不可避免的进入测试数据中，并作为系统误差使得拼接误差极大的上升。该系统误差不能使用现有各种拼接误差均化算法解决，必须使用附加测试来标定及修正。修正系统误差需要对参考平晶进行面形的绝对检验，目前全面形的绝对检验方法复杂且与测量环境条件和干涉仪状态密切相关，获得的参考平晶面形数据鲁棒性不好，不能作为基准结果用于长期的使用，更不能随参考平晶用于另一台干涉仪(如子孔径扫描干涉仪)的测量过程中，这使得到目前为止还没有提出修正系统误差更好的方法。

发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种子孔径拼接中系统误差的修正方法，利用本方法可以有效的减小参考平晶面形误差所引起的系统误差的影响，提高子孔径拼接波面的精度。实现本发明目的的技术解决方案为一种子孔径拼接中系统误差的修正方法，包括以下步骤
步骤1、利用三面四次互检方法对参考平晶进行面形的绝对检验，从而获得参考平晶在通过其中心的两个垂直方向的线轮廓数据；该绝对检验可以使用子孔径拼接干涉仪，也可以使用其他干涉仪进行测量，参考平晶在该测量过程中的方位与后续子孔径测试过程中方位必须保持一致。步骤2、对步骤1测得的线轮廓数据进行拟合，用Zernike多项式作为基底函数来构建系统误差的修正波面，选取其中的低阶项拟合出一个低阶曲面作为系统误差修正波面 M0(x,y)；
步骤3、对子孔径测试波面进行系统误差预修正，即在每个子孔径测量时通过波面相减的方法，将实际测量获得的子孔径波面力减去参考平晶的系统误差修正波面 M0(Xj),以获得参考平晶系统误差修正后的待拼接波面Ai(X7),即M(Xj) = MXx^) -Μ0(κ,γ)；
3步骤4、对系统误差修正后的待拼接波面M(Xj)进行拼接，得到被测元件的全口径面形。本发明与现有技术相比，其显著优点为本发明是首次提出参考平晶的面形误差对子孔径拼接的影响，利用本方法可以更有效的减小参考平晶面形误差所引起的系统误差的影响，提高子孔径拼接波面的精度。而使用低阶修正波面的拟合，增强了整个系统的鲁棒性，使得仅对外界温度敏感，在大尺寸光学元件面形的拼接测量中具有非常重要的意义。下面结合附图对本发明作进一步详细描述。


图1是本发明的子孔径拼接中系统误差的修正方法流程图。图2是辅助平晶参与平面绝对检验示意图。图3是未修正系统误差的拼接波面二维图。图4是未修正系统误差的拼接误差波面。图5是修正系统误差后的拼接波面二维图。图6是修正系统误差后的拼接误差波面。
具体实施例方式本发明主要是用来解决在用子孔径拼接法检测大口径光学镜面时的参考平晶面形误差引起的系统误差以及该系统误差的放大问题。结合图1，本发明是一种子孔径拼接中系统误差的修正方法，包括以下步骤
步骤1、利用三面四次互检方法对参考平晶进行面形的绝对检验，从而获得参考平晶在通过其中心的两个垂直方向的线轮廓数据；优选利用两块辅助平晶进行三面四次互检的绝对检验。如图2所示，预先利用两块辅助平晶B、C对参考平晶A进行三面四次互检的绝对检验，获得在通过中心的两个垂直方向的线轮廓数据。该绝对检验可以使用子孔径拼接干涉仪，也可以使用其他干涉仪进行测量，参考平晶在该测量过程中的方位与后续子孔径测试过程中方位必须保持一致。设三个平面的光学表面的误差函数分别为戌UO , B{x,y), OXJ),三次检验所测量得到的检验波前误差函数分别为M1Uj) , M3(XJ) ,M3(W),如图2 的(1)，(2)，(3)所示，根据绝对检验的计算的测量公式有
权利要求
1.一种子孔径拼接中系统误差的修正方法，其特征在于，包括以下步骤步骤1、利用三面四次互检方法对参考平晶进行面形的绝对检验，从而获得参考平晶在通过其中心的两个垂直方向的线轮廓数据；步骤2、对步骤1测得的线轮廓数据进行拟合，用Zernike多项式作为基底函数来构建系统误差的修正波面，选取其中的低阶项拟合出一个低阶曲面作为系统误差修正波面 Mn(x,y)；步骤3、对子孔径测试波面进行系统误差预修正，即在每个子孔径测量时通过波面相减的方法，将实际测量获得的子孔径波面减去参考平晶的系统误差修正波面 M0(x,y),以获得参考平晶系统误差修正后的待拼接波面AilX为，即= ΜΧκ,γ) -Μ0(ι,γ)；步骤4、对系统误差修正后的待拼接波面I(U)进行拼接，得到被测元件的全口径面形。
2.根据权利要求1所述的子孔径拼接中系统误差的修正方法，其特征在于，步骤1对参考平晶进行面形的绝对检验时，利用两块辅助平晶进行三面四次互检的绝对检验。
3.根据权利要求1所述的子孔径拼接中系统误差的修正方法，其特征在于，步骤2对线轮廓数据进行拟合时，利用低阶项拟合出的一个低阶曲面作为系统误差修正波面Md(^F) 为Ai0 (U) = αιΖ3 (λ),) + S2Z4 (x,y) +α1:Ζ5 + α4Ζ6+ a5Z7(x,y) + a6Zs(x,y) 其中，Z3(Az)J4(χ,γ),Ζ6(χ,γ),Z7(χ,γ),Ze(χ,/)分别表示为， 离焦项 J3(U) = -1 + 2(χ2+夕) 像散项240,7) = Χ2-/ 像散项沿X轴的三级慧差项+ 沿Y轴的三级慧差项Ζ7(Λ·,>·)=-2 ν+3Χχ2+/)三级球差项= 啦2+.y2) + 6(x2+/)2而W3^a5W6为各个多项式的系数，该系数可以利用最小二乘准则求得。
全文摘要
本发明公开了一种修正子孔径拼接中系统误差的方法，该方法首先利用辅助平晶参与的平面绝对检验获取参考平晶在拼接轴上的二维轮廓曲线，利用该轮廓曲线数据构建参考平晶的面形误差修正波面，在子孔径测量中进行实时修正。该方法可以最大限度的减少参考平晶的面形误差对于子孔径拼接中的倾斜系数求取的影响，有效提高了拼接波面的精度。
文档编号G01B11/24GK102243068SQ201110106489
公开日2011年11月16日 申请日期2011年4月27日 优先权日2011年4月27日
发明者周游, 徐新华, 王青, 陈磊 申请人:南京理工大学