基于子孔径拼接的衍射干涉靶丸形貌检测技术

为实现惯性约束聚变实验中核心部件球形靶丸表面形貌的高精度、高效率、无遗漏检测,建立了基于子孔径拼接和衍射干涉技术相结合的靶丸形貌测量装置,给出了测量的基本原理及系统单孔径横向分辨率的计算方法,并对靶丸旋转扫描时子孔径的排布进行了划分。针对点云数据横向间隔过大导致匹配算法迭代收敛速度缓慢,甚至不收敛的问题,提出以虚拟的极小半径代替实际曲率半径,将点云进行横向压缩的方法,在保持形貌特征不变的同时提高算法的匹配速度和准确性。最后,对直径1 mm的镀金球靶进行了实际测量,得到拼接后相对形貌误差峰谷值和均方根值分别为1.332和0.479的检测结果,可以同时获得表面形貌的整体起伏特征,以及局部的形貌细节。     

子孔径拼接干涉测试技术现状及发展趋势

子孔径拼接测试技术拓展了标准干涉仪的横向和纵向动态范围,能够以低成本、高分辨率检测大口径光学元件。按子孔径形状的不同,分别介绍了其工作原理,综述了该技术国内外20多年来的发展历史和技术现状,最后在分析比较的基础上提出了该技术研究的几个可能发展方向和应用前景。     

子孔径拼接干涉测量的精度估计方法

作为一种高精度的光学镜面测量方法,子孔径拼接干涉测量的精度指标十分重要,必须对其进行定量估计.提出将子孔径拼接十涉的结果与全口径测试结果进行对比实验,将全口径测试结果作为拼接测量结果的参考真值,讨论了拼接测量精度评价指标及其计算方法.全口径测试与子孔径拼接干涉测量的几何参量并不相同,提出将全口径测试结果与子孔径拼接结果进行最优匹配,其原理与子孔径拼接算法的原理相同.在最优匹配后计算拼接测量精度的评价指标,通过测量实验进行了验证,结果表明最优匹配后的误差指标比未经最优匹配的误差指标减小约48%,证明上述方法是一种定量估计子孔径拼接干涉测量精度的有效方法.     

非零位凸非球面子孔径拼接检测技术研究

为了实现大口径凸非球面镜的高精度检测,本文研究了凸非球面非零位子孔径拼接检测技术,并建立了一套非零位拼接检测算法模型,模型中分别针对同轴子孔径与离轴子孔径非零位检测时所引入的测试误差进行了建模分析,同时对测试误差剔除、拼接系数求解、全口径面形获得等问题进行了研究。最后,结合工程实例,对一口径为130 mm的凸双曲面进行了拼接检测,分析了该非球面各测试子孔径非零位检测误差形式,同时进行了误差剔除、全口径面形获取等工作。从拼接结果中可以看出,拼接结果光滑、连续、无拼接痕迹。为了进一步验证拼接精度,我们将拼接结果与子孔径检测结果进行对比,引入了自检验子孔径评价方法,计算得到自检验子孔径与拼接结果在自检验子孔径范围内的残差图,二者残差图的PV值与RMS值分别为0.016λ与0.003λ,由上述结果可以得到自检验子孔径的测试结果与拼接结果在自检验子孔径范围内是一致的,从而验证了本文算法的拼接精度。     

子孔径拼接干涉检测及其精度分析

介绍了利用小口径干涉仪检测大口径光学元件的方法，从统计的角度出发，详细地推导了子孔径拼接干涉检测技术中拼接参量的具体求解过程，以及使用统计回归方法分析了拼接检测系统精度。并通过实验对该理论进行了实际分析运算。     

子孔径拼接干涉检测实验研究

为了满足国内ICF系统大口径光学元件的检测需要,提出了子孔径拼接干涉检测的方法。该方法是利用小口径干涉仪对大口径光学元件进行高精度波前检测。建立了拼接检测计算的模型。利用最小二乘法计算得到拼接参数,从而恢复大口径光学元件的全孔径波前相位分布。在理论分析的基础上设计了一套检测装置,对该装置的稳定性进行了实验研究。进行了两口径拼接检测的实验。拼接结果与全孔径检测结果进行了比较。结果表明,该检测方案能够满足大口径光学元件的检测要求。     

非球面非零位环形子孔径拼接干涉检测技术

提出了一种新型的非零位环形子孔径拼接干涉检测技术(NASSI)用以检测深度非球面面形误差。该方法结合了传统非零位干涉检测法与环形子孔径拼接法,采用部分零位镜替代了标准环形子孔径拼接干涉仪中的透射球面镜,产生非球面波前用以匹配被测面不同子孔径区域。该非球面波前比球面波前更加接近被测面的名义面形,使所需的子孔径数目大大减少。一方面增大了环带宽度和重叠区,提高了拼接精度;另一方面减少了各种误差累积次数。同时,配合基于系统建模的理论波前方法分别校正各个子孔径的回程误差,进一步提高了检测精度。对非球面度为25μm的高次非球面的计算机仿真检测结果表明该方法具有很高的理论精度。针对口径101mm的抛物面进行了实验检测,多次实验结果均与ZygoR○VerifireTMAsphere干涉仪检测结果一致,峰谷(PV)值误差优于λ/20,均方根(RMS)值误差优于λ/100,表明了NASSI方法的高精度与高重复性。     

子孔径拼接干涉检测离轴非球面研究

将子孔径拼接技术与干涉技术相结合提出了一种新的检测离轴非球面的方法,该方法无需其他辅助光学元件就可以实现对大口径、离轴非球面的测量.对其基本原理进行了分析和研究;并基于齐次坐标变换、最小二乘拟合建立了综合优化和误差均化的拼接数学模型;开发了子孔径拼接检测非球面的算法软件,并设计和搭建了子孔径拼接干涉检测装置;利用综合优...     

子孔径拼接干涉检测中去倾斜处理技术

 倾斜放置对大口径光学元件的检测有很大影响，为了防止在子孔径拼接干涉检测中倾斜所导致的数据丢失等严重后果，并且实现不同次检测的结果可以相互比较，提出了一种软件修正倾斜量的方法。通过对读出的图形数据进行反向倾斜来降低检测中的元件倾斜程度，避免了实际检测过程中手工操作无法达到极小角度修正的困难。通过实验，验证了该方法的可行性和有效性，实现了大口径光学元件正确的子孔径拼接检测，完成了多次检测结果之间的相互比较，结果表明，残差平均值仅为0.12λ（λ=633nm)。     

子孔径拼接干涉检测中去倾斜处理技术

倾斜放置对大口径光学元件的检测有很大影响,为了防止在子孔径拼接干涉检测中倾斜所导致的数据丢失等严重后果,并且实现不同次检测的结果可以相互比较,提出了一种软件修正倾斜量的方法。通过对读出的图形数据进行反向倾斜来降低检测中的元件倾斜程度,避免了实际检测过程中手工操作无法达到极小角度修正的困难。通过实验,验证了该方法的可行性和有效性,实现了大口径光学元件正确的子孔径拼接检测,完成了多次检测结果之间的相互比较,结果表明,残差平均值仅为0.12λ（λ=633nm)。     

基于子孔径拼接的Hindle球检测法

为了能够准确获取基于子孔径拼接的Hindle球检测大口径双曲面镜的Hindle球参数,研究了Hindle球检测凸双曲面镜的理论模型,并从几何光学入手,讨论了基于子孔径拼接的Hindle球检测法的系统结构,推导了符合子孔径拼接要求的小口径Hindle球的参数计算式。对一个凸双曲面镜进行了在不同测量环带数目下的基于子孔径拼接的Hindle球检测法和经典Hindle球检测法的Hindle球参数对比。结果表明该Hindle球检测方法使Hindle球参数更合理。     

Aspheric surface measurement based on sub-aperture stitching interferometry

In order to test convex aspheric surfaces without the aid of other null optics, a novel method combined sub-aperture stitching and interferometry called SSI （sub-aperture stitching interferometry） is introduced. In this letter, the theory, basic principle, and flow chart of SSI are researched. A synthetical optimization stitching mode and an effective stitching algorithm are established based on homogeneous coordinate＇s transformation and simultaneous least-squares fitting. The software of SSI is devised, and the prototype for testing of large aspheres by SSI is designed and developed. The experiment is carried out with five sub- apertures for a convex silicon carbide （SIC） aspheric mirror with a clear aperture of 130 ram. The peak-to- valley （PV） and root-mean-square （RMS） error are 0.186 λand 0.019 λ, respectively. For the comparison and validation, the TMA system which contained the convex asphere is tested by interferometry. The wavefront error of the central field of the optical system is 0.068 λRMS which approaches to diffraction limitation. The results conclude that this technique is feasible and accurate. It enables the non-null testing of aspheric surfaces especially for convex aspheres.     

基于子孔径拼接原理检测大口径光学元件

为了实现小口径干涉仪对大口径光学元件的低成本、高分辨力检测,可采用子孔径拼接方法。在对拼接算法进行改进的基础上,开发了拼接检测软件;建立了一套拼接检测系统,开展了大口径平面光学元件的子孔径拼接检测实验研究。利用9个60 mm×60 mm子孔径拼接来检测120 mm×120 mm的光学元件,检测结果表明:峰谷值误差为2.37%,均方根值误差仅为0.27%。     

基于子孔径拼接原理检测大口径光学元件

 为了实现小口径干涉仪对大口径光学元件的低成本、高分辨力检测,可采用子孔径拼接方法。在对拼接算法进行改进的基础上,开发了拼接检测软件;建立了一套拼接检测系统,开展了大口径平面光学元件的子孔径拼接检测实验研究。利用9个60 mm×60 mm子孔径拼接来检测120 mm×120 mm的光学元件,检测结果表明:峰谷值误差为2.37%,均方根值误差仅为0.27%。     

子孔径拼接技术应用的研究

大口径光学元件的检测开拓了子孔径拼接应用的新领域。采用小口径干涉仪对大口径被测元件不同区域进行波前检测,然后恢复计算出被测波前。使用光学设计软件ZEMAX对子孔径检测拼接技术进行了模拟,模拟结果表明：波前检测相对误差小于4.3λ‰,实现了对大口径光学元件面形的高精度检测,避免了相同口径检测干涉仪的使用,降低了检测成本及难度。     

大口径光学平面的子孔径拼接检验研究

研究了检测大口径光学平面的子孔径拼接法。通过采用最小二乘法对相邻两个子孔径重叠区域的数据进行分析,获得了子孔径之间的拼接参量,得到了被检验镜面的整体面形信息。编制了拼接检验的计算程序,并完成了原理性实验。采用一台口径为100mm的移相干涉仪检测了两个样品,给出了拼接检测与全口径检测的对比结果。样品的口径分别为100mm和91mm。对比检测结果表明,拼接检测与直接检测两种方法的RMS之差小于5nm。     

子孔径拼接检测非球面的初步研究

使用子孔径拼接技术可以无需补偿器、大口径的辅助镜、全息图等辅助元件实现对大口径、大偏离量、高陡度非球面甚至离轴非球面的检验,而且可以同时获得中高频的相位信息,大大地提高了测量精度,降低了成本。在总结了常用检测非球面方法优缺点的基础上提出了利用圆形子孔径、环形子孔径检测非球面的基本原理,并对其步骤的实现、数学模型的建立和拼接算法的开发进行了分析和研究。结果表明,子孔径拼接检测技术可以作为补偿检验以外的另一种定量测试非球面的手段,可以和其它检测方法相互验证,从而确保检测的准确性和可靠性。