专利名称：一种在平面子孔径拼接测量中调整被测镜倾斜的装置和方法
技术领域：
本发明属于光学测试领域，具体涉及一种在平面子孔径拼接测量中调整被测镜倾斜的装置和方法。
背景技术：
平面子孔径拼接测量方法通过对被测平面镜进行区域划分，然后在不同的位置处进行测量，获取多个子孔径面形，然后再将这些具有一定重叠区域的子孔径面形进行拼接，实现了对大口径面形的高精度、高空间分辨率的测量，同时免去了大口径标准件加工难，成本闻的缺点。平面子孔径拼接测量方法都是根据重叠区域相位误差不一致性最小原则先求出 各子孔径的相对倾斜、平移系数，然后对各子孔径倾斜量、平移量进行补偿，从而获得全孔径面形。移相干涉仪的移相误差和环境中振动噪声影响使得测量结果中包含周期性误差，频率为干涉条纹空间频率的2倍，即在测量子孔径面形时，被测镜和标准镜的相对倾斜量越大，子孔径面形的所受到的周期性误差就越大。且子孔径面形的倾斜量越大，倾斜系数的拟合误差就会越大，拼接结果也就越差。为此，为了提高子孔径拼接的测量精度，需要调整被测镜在各子孔径位置处的位姿，减小子孔径面形中的倾斜量。

发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种在平面子孔径拼接测量中调整被测镜倾斜的装置和方法，可以对被测镜在各个子孔径位置处的位姿进行调整，减小子孔径面形中的倾斜量，从而提高了平面子孔径拼接测量的精度。为了实现上述目的，本发明提出的一种在平面子孔径拼接测量中调整被测镜倾斜的装置，包括菲索移相干涉仪，标准镜，半透半反镜，被测镜，激光自准直仪，二维平移台，倾斜调整装置，转台，平面反射镜，计算机，探测器和聚焦透镜，其中转台、二维平移台、倾斜调整装置的中心有一通光孔；半透半反镜与菲索移相干涉仪的光轴成45度夹角，平面反射镜与转台的转轴成45度夹角；探测器放在聚焦透镜的焦点处；计算机分别与菲索移相干涉仪、探测器、转台、二维平移台、倾斜调整装置相连接，用来控制菲索移相干涉仪、探测器、转台、二维平移台和倾斜调整装置；从激光自准直仪发出的光经平面反射镜反射后通过所述的转台、二维平移台、倾斜调整装置的中心的通光孔，利用激光自准直仪进行监测，调节倾斜调整装置，使转台的台面与标准镜平行；菲索移相干涉仪中发出的光线穿过标准镜、半透半反镜，并在被测镜的上表面反射，然后再经半透半反镜反射后到达聚焦透镜，再经聚焦透镜聚焦后到达探测器。另外提供一种采用上述装置的在平面子孔径拼接测量中调整被测镜倾斜的方法，该方法的步骤如下步骤(I)、根据标准镜和被测镜的大小，规划子孔径的数目与各子孔径的位置，使被测镜的所有区域都被子孔径覆盖；步骤(2)、调节倾斜调整装置，使转台的台面与标准镜平行；步骤(3)、在第一子孔径位置处，探测光束的会聚点，将建立被测镜与标准镜平行的基准点A，并测量第一子孔径面形；步骤(4)、调整被测镜到下一子孔径位置处；步骤(5)、探测光束的会聚点，并以基准点A为基准，计算被测镜的倾斜角；步骤(6)、根据步骤(5)中计算出的被测镜的倾斜角，判断并调整被测镜的倾斜角若倾斜角不满足要求，则调整被测镜的位姿，然后返回到步骤(5);若倾斜角不满足要求，进入步骤(7)；步骤(7)、测量被测镜在该位置处的子孔径面形，若未完成测量，则返回到步骤
(4),直到所有子孔径都被测量完成为止。进一步的，步骤(5)中计算被测镜的倾斜角具体为菲索移相干涉仪中发出的光线穿过标准镜、半透半反镜，并在被测镜的上表面反射，然后再经半透半反镜反射后到达聚焦透镜，再经聚焦透镜聚焦后到达探测器，在探测器上形成很小的能量斑，计算机再对探测器上的能量斑信息进行处理，求出能量中心点，该点为被测镜相对于标准镜有一定倾斜量时的会聚点B，记录该点在探测器上的位置，计算机根据记录的基准点A和会聚点B的位置，计算出被测镜的在X方向的倾斜角θχ和在Y方向的倾斜角9y，其计算方法如下
权利要求
1.一种在平面子孔径拼接测量中调整被测镜倾斜的装置，其特征在于包括菲索移相干涉仪(101)，标准镜(102)，半透半反镜(103)，被测镜(104)，激光自准直仪(105)，二维平移台(106)，倾斜调整装置(107)，转台(108)，平面反射镜(109)，计算机(110)，探测器(111)和聚焦透镜(112)，其中转台(108)、二维平移台(106)、倾斜调整装置(107)的中心有一通光孔(113);半透半反镜(103)与菲索移相干涉仪(101)的光轴成45度夹角，平面反射镜(109 )与转台的转轴成45度夹角；探测器(111)放在聚焦透镜(112 )的焦点处；计算机(110)分别与菲索移相干涉仪(101)、探测器(111)、转台(108)、二维平移台(106)、倾斜调整装置(107)相连接，用来控制菲索移相干涉仪(101)、探测器(111)、转台(108)、二维平移台(106)和倾斜调整装置(107);从激光自准直仪(105)发出的光经平面反射镜(109)反射后通过所述的转台(108)、二维平移台(106)、倾斜调整装置(107)的中心的通光孔(113)，利用激光自准直仪(105)进行监测，调节倾斜调整装置(107)，使转台(108)的台面与标准镜(102)平行；菲索移相干涉仪(101)中发出的光线穿过标准镜(102)、半透半反镜(103)，并在被测镜(104)的上表面反射，然后再经半透半反镜(103)反射后到达聚焦透镜(112)，再经聚焦透镜(112)聚焦后到达探测器(111)。
2.一种采用权利要求I所述装置的在平面子孔径拼接测量中调整被测镜倾斜的方法，其特征在于该方法的步骤如下 步骤(I )、根据标准镜(102)和被测镜(104)的大小，规划子孔径的数目与各子孔径的位置，使被测镜(104)的所有区域都被子孔径覆盖； 步骤(2)、调节倾斜调整装置(107)，使转台(108)的台面与标准镜(102)平行； 步骤(3)、在第一子孔径位置处，探测光束的会聚点，将建立被测镜(104)与标准镜(102)平行的基准点A，并测量第一子孔径面形； 步骤(4)、调整被测镜(104)到下一子孔径位置处； 步骤(5)、探测光束的会聚点，并以基准点A为基准，计算被测镜(104)的倾斜角； 步骤(6)、根据步骤(5)中计算出的被测镜的倾斜角，判断并调整被测镜(104)的倾斜角若倾斜角不满足要求，则调整被测镜(104)的位姿，然后返回到步骤(5);若倾斜角不满足要求，进入步骤(7); 步骤(7)、测量被测镜(104)在该位置处的子孔径面形，若未完成测量，则返回到步骤(4),直到所有子孔径都被测量完成为止。
3.根据权利要求2所述的一种在平面子孔径拼接测量中调整被测镜倾斜的方法，其特征在于步骤(5)中计算被测镜(104)的倾斜角具体为菲索移相干涉仪(101)中发出的光线穿过标准镜(102)、半透半反镜(103)，并在被测镜(104)的上表面反射，然后再经半透半反镜(103)反射后到达聚焦透镜(112)，再经聚焦透镜(112)聚焦后到达探测器(111)，在探测器(111)上形成很小的能量斑，计算机(110)再对探测器(111)上的能量斑信息进行处理,求出能量中心点，该点为被测镜(104)相对于标准镜(102)有一定倾斜量时的会聚点B,记录该点在探测器(111)上的位置，计算机(110)根据记录的基准点A和会聚点B的位置，计算出被测镜(104)的在X方向的倾斜角0 x和在Y方向的倾斜角0 y，其计算方法如下
4.根据权利要求2所述的一种在平面子孔径拼接测量中调整被测镜倾斜的方法，其特征在于步骤(6)中判断并调整被测镜(104)的倾斜角将计算机(110)根据步骤(5)中计算出的被测镜(104)的在X方向的倾斜角0 x和在Y方向的倾斜角0 y，进行判断处理若0X> Oy中有一个大于被测镜(104)需要进行倾斜调节的临界角0 C1，则计算机(110)给倾斜调整装置(107)发出调节被测镜(104)倾斜的信号，倾斜调整装置(107)收到此信号，对被测镜(104)进行倾斜调整，倾斜调整装置(107)调整完成时给计算机(110)反馈一个信号，计算机(110)收到倾斜调整装置(107)反馈的信号后，返回到步骤(5)，直到ex、0y均小于0^时进入步骤(7)，其中0 ^根据探测器的分辨率确定，其计 算方法如下式％ = tg—W f) 其中，b为探测器一个像素点的尺寸。
全文摘要
本发明公开了一种在平面子孔径拼接测量中调整被测镜倾斜的装置和方法，该装置包括菲索移相干涉仪，标准镜，半透半反镜，被测镜，激光自准直仪，二维平移台，倾斜调整装置，转台，平面反射镜，计算机，探测器和聚焦透镜，利用该装置在第一子孔径位置处进行调平，并建立被测镜和标准镜平行的基准点，然后再在其它子孔径位置处，以此基准点为基准计算被测镜的倾斜量，然后再对被测镜的位姿进行调整，从而减小子孔径面形中的倾斜量，提高平面子孔径拼接测量的精度。
文档编号G01B11/24GK102788563SQ20121031984
公开日2012年11月21日 申请日期2012年8月31日 优先权日2012年8月31日
发明者徐富超, 谢伟民, 贾辛, 邢廷文 申请人:中国科学院光电技术研究所