子孔径拼接干涉检测光学镜面算法的研究

发布时间：2017-08-05 08:15

  本文关键词：子孔径拼接干涉检测光学镜面算法的研究

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【摘要】：随着空间光学技术的不断发展,光学系统的口径越来越大,随之要求光学元件的口径亦越来越大,传统的光学检测手段在检测大口径光学平面,大口径凸球面及凸非球面等光学元件时,通常需要比检测元件口径更大的光学参考镜或光学辅助元件,例如补偿器,CGH(计算全息图)等。然而这些大口径光学参考镜及辅助元件不仅加工难度高,而且加工周期长,生产成本大,同时其会引入一定的加工误差与装调误差。子孔径拼接作为一种有效的光学检测手段,拓宽了干涉仪检测的动态范围,同时无需其它辅助元件即可实现对大口径平面、球面、非球面的面形测量,在提高了检测分辨率的同时,亦降低了成本,缩短了工期。本文主要对子孔径拼接检测算法进行了理论研究,同时结合工程实例对算法精度进行了实验验证,论文的研究内容包括以下四个部分:1,结合最大似然估计与正交化Zernike多项式拟合理论,针对大口径光学平面镜检测中参考镜面形误差不能被忽略的问题,建立了非理想标准镜检测光学平面的算法模型,该算法可以在检测中同时计算出被检测镜与参考镜的面形,并结合TMT项目(thirty-meter telescope program)对该算法进行了仿真分析,验证了算法检测精度与可靠性。2,分析了圆形子孔径拼接检测光学球面中子孔径规划,投影畸变校正等问题,同时提出了一套合理的数学模型,在给定球面口径与曲率半径的前提下,可以自动实现对检测子孔径的规划,畸变校正与拼接测量,同时结合工程实例对该模型的有效性进行了实验验证。3,对圆形子孔径非零位拼接检测非球面镜进行了理论研究,包括子孔径检测最接近球面半径求解;子孔径规划;子孔径检测非共路误差求解;子孔径检测投影畸变校正等问题。同时结合三角剖分理论与最小二乘拟合理论提出了一套算法模型,并结合工程实例,对该算法模型的检测精度进行了实验验证。4,将子孔径拼接与补偿器或CGH补偿等补偿技术相结合,针对混合补偿检测建立了一套混合补偿拼接检测模型,并结合工程实例对该模型的有效性进行了实验研究。同时提出了一套加工与检测坐标对准模型,基于该模型可以实现对光学元件加工与检测交替迭代的过程,并基于工程实例对该模型的有效性进行了实验验证。
【关键词】：干涉检测 子孔径拼接 光学镜面 最大似然估计 正交化Zernike多项式拟合 三角剖分
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O439
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-29
• 1.1 课题研究背景及意义11
• 1.2 光学面形检测技术与方法11-23
• 1.2.1 轮廓测量法12-14
• 1.2.2 补偿器补偿检测法14-16
• 1.2.3 CGH补偿检测法16-17
• 1.2.4 五棱镜扫描检测17-18
• 1.2.5 二次曲面无像差点检测18-19
• 1.2.6 莫尔条纹法19-21
• 1.2.7 哈特曼检测21-22
• 1.2.8 刀口法22
• 1.2.9 子孔径拼接检测22-23
• 1.3 子孔径拼接检测技术的国内外发展现状23-26
• 1.3.1 子孔径拼接检测技术的国外发展现状23-26
• 1.3.2 子孔径拼接检测技术的国内发展现状26
• 1.4 本论文的主要研究内容26-28
• 1.5 本章小结28-29
• 第2章 光学平面镜的绝对检测29-47
• 2.1 概述29
• 2.2 传统拼接模型的弊端及优化算法的提出29-30
• 2.3 绝对拼接检测的数学模型30-39
• 2.3.1 最大似然估计模型30-38
• 2.3.2 正交化模型38-39
• 2.4 绝对拼接检测计算机模拟实验39-45
• 2.5 本章小结45-47
• 第3章 子孔径拼接检测球面数学模型与模拟实验47-69
• 3.1 概述47
• 3.2 子孔径规划的数学模型47-51
• 3.3 三角剖分算法模型51-62
• 3.3.1 三角剖分插值计算52-57
• 3.3.2 子孔径拼接系数计算57-59
• 3.3.3 重叠区域相位值计算59-62
• 3.3.4 二维互相关计算62
• 3.4 子孔径拼接检测球面镜实验62-65
• 3.5 自检验精度分析65-66
• 3.6 本章小结66-69
• 第4章 圆形子孔径拼接检测非球面数学模型与模拟实验69-91
• 4.1 概述69
• 4.2 圆形子孔径拼接检测的总体方案与步骤69-70
• 4.3 子孔径最接近球面求解数学模型70-74
• 4.3.1 标准二次曲面最接近球面求解模型70-73
• 4.3.2 任意形式非球面最接近球面求解模型73-74
• 4.4 子孔径规划数学模型74-78
• 4.5 子孔径拼接非零位检测非球面镜算法模型78-85
• 4.5.1 非共路误差计算数学模型79-84
• 4.5.2 非球面投影畸变校正数学模型84-85
• 4.6 子孔径非零位拼接检测实验85-90
• 4.7 本章小结90-91
• 第5章 混合补偿子孔径拼接检测数学模型91-101
• 5.1 概述91
• 5.2 混合补偿子孔径拼接检测非球面数学模型91-92
• 5.3 混合拼接补偿实验92-96
• 5.4 加工与检测结果对准数学模型96-100
• 5.5 本章小结100-101
• 第6章 子孔径拼接仪101-117
• 6.1 概述101
• 6.2 子孔径拼接仪介绍101-106
• 6.3 子孔径拼接软件介绍106-109
• 6.4 子孔径拼接实验109-116
• 6.4.1 平面镜拼接检测实验109-112
• 6.4.2 环形子孔径拼接检测实验112-114
• 6.4.3 凸非球面镜拼接检测实验114-116
• 6.5 本章小结116-117
• 第7章 结论与展望117-121
• 7.1 全文总结117-119
• 7.2 研究展望119-121
• 7.2.1 误差解耦算法中中高频信息的分离119
• 7.2.2 大口径凸非球面及自由曲面的拼接检测119
• 7.2.3 子孔径拼接仪的工程化119-121
• 参考文献121-129
• 学期间学术成果情况129-131
• 指导教师及作者简介131-133
• 致谢13

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