專利名稱：基于小口徑圓形哈特曼-夏克波前傳感器的拼接檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)檢測領(lǐng)域，特別是涉及一種大口徑光學(xué)系統(tǒng)或元件的拼接檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
大口徑光學(xué)元件正越來越多的應(yīng)用于天文觀測、空間光學(xué)、遙感觀測、激:光核聚變系統(tǒng) 等領(lǐng)域，其加工和檢測技術(shù)是當(dāng)今國內(nèi)外研究的難點和熱點。在采用常規(guī)的測量方式時，隨 著口徑的增大，在考慮成本的前提下提高測量精度是非常困難的。而采用小口徑儀器去測量 大口徑光學(xué)元件能更好的解決提高測量精度與降低設(shè)備成本之間的矛盾，為光學(xué)元件的檢測 提供一種新方法。
目前己出現(xiàn)了"子孔徑拼接干涉儀"的檢測方案。王孝坤，王麗輝，鄭立功等在"子孔徑拼 接技術(shù)在大口徑高陡度非球面檢測中的應(yīng)用"(強激光與粒子束，2007.7. Vol. 19: 1144-1148)中， 張蓉竹，石琪凱，許喬等在"子孔徑拼接干涉檢測實驗研究"(光學(xué)技術(shù)，2004.3(30))均實現(xiàn) 了干涉儀拼接檢測，但僅僅是三幀拼接，未擴展到更大的需多幀拼接的待測光學(xué)表面。
如圖3所示，圖中wl,w2分別表示在大口徑待測面上進(jìn)行的兩次檢測區(qū)域，它們之間有一
定面積的重疊(圖中陰影部分)，每一個區(qū)域?qū)?yīng)的相位分布分別用^(x,力和,(x-;c。，少-力)表
示，(A，A)為兩個測量區(qū)域坐標(biāo)系的相對移動量。理論上兩次測量在重疊區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)信息
應(yīng)該是相同的，然而在實際檢測過程中，由于平移臺的移動誤差必然使得前后兩次測量到的 相位分布不在同一個面上，這就導(dǎo)致重疊區(qū)域兩側(cè)檢測結(jié)果不一致。因此要對重疊區(qū)域的芽斗 率測量數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘擬合得到兩個子波面的拼接參數(shù)，把兩個子波面斜率圖統(tǒng)一到一個 坐標(biāo)系里。如果以w區(qū)域的相位分布-(x，力為基準(zhǔn)，則對于現(xiàn)有的干涉儀檢測有
其中a、 b、 c和d分別為兩個子波面測量過程中的x軸和y軸的相對傾斜、離焦和平移誤差。 由最小二乘法有
J = Z p(x,,少,)一 [(Z)'" — x0, 乂 一 _y0) +似+ 十c(x,2 + 乂2) + (/〗—min (2)
八 as* n 。 部 A 。 as n 。 55" n ^日
令 ——=0 &——-0 &——=0 &——=0'可Y導(dǎo)
欲 3c(3)
r Z! X砂Z4^+^2) E義 2> 》2 2> 》(^+/) 2>( "2) E( "2)2 2X "2) 、 》 5>S(x2"2) " 其中A(x,力=,x) -^ 'o, -&，乂 -_yfl)為兩個相交子波面各個采樣點處測量值之差，"
廣"、
c V心
為重疊區(qū)域采樣點個數(shù)。每個子波面都需要計算四個拼接參數(shù)(a,6,c,力。同時，干涉儀拼接
檢測方案還存在實驗條件苛刻，對大氣湍流、溫度、振動、噪聲敏感；每次移動后需要重新 調(diào)整裝置，檢測速度慢等局限性。
T.D. Raymond, D.R. Neal 等在"High-speed, non-interferometric nanotopographic characterization of Si wafer surfaces," (Proc. SPIE 4809， 2002. 208-216)中采用方形哈特曼-夏克 波前傳感器對硅片表面形貌進(jìn)行了拼接檢測，但未構(gòu)建完整的適于任意拼接幀數(shù)的通用數(shù)學(xué) 模型，且對于使用圓形口徑哈特曼為主的國內(nèi)外市場缺乏普適性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計出一種結(jié)構(gòu)簡單調(diào)試方便、檢 測速度快且精度高的拼接檢測系統(tǒng)，并采用全局優(yōu)化拼接方法求得各幀子波面斜率圖相對于 基準(zhǔn)子波面斜率圖的絕對拼接參數(shù)，大大降低了多幀掃描中誤差累積和誤差傳遞的影響，有 利于拼接精度的提高。
本發(fā)明要解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是基于小口徑圓形哈特曼-夏克波前傳感器 的拼接檢測裝置，其特征在于包含有哈特曼-夏克波前傳感器、X-Z 二維電控平移臺、步進(jìn) 電機控制器、計算機、待測鏡面及數(shù)據(jù)采集卡；哈特曼-夏克波前傳感器對待測鏡面某個子區(qū) 域進(jìn)行檢測，并且在哈特曼-夏克波前傳感器形成光斑點陣，由數(shù)據(jù)采集卡采集上述光斑數(shù)據(jù) 并傳輸?shù)接嬎銠C中存儲；計算機向步進(jìn)電機控制器發(fā)出指令，控制二維電控平移臺沿x軸與 Z軸移動對待測鏡面進(jìn)行掃描檢測，利用數(shù)據(jù)采集卡依次采得各幀子波面處的光斑數(shù)據(jù)，然 后利用質(zhì)心算法、拼接方法及復(fù)原算法得到待測波面。
所述的哈特曼-夏克波前傳感器由點光源、準(zhǔn)直透鏡、反射鏡、CCD及縮/擴束系統(tǒng)組成； 點光源發(fā)出的光經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡形成平行光束，該平行光束經(jīng)過反射鏡轉(zhuǎn)折后再經(jīng)過擴束系統(tǒng)
照射到待測鏡面，待測鏡面反射的光線經(jīng)縮束系統(tǒng)，再經(jīng)反射鏡的透射在CCD上形成光斑點陣。
所述的擴/縮束系統(tǒng)由微透鏡陣列與過渡成像光組組成。所述的拼接方法采用的全局優(yōu)化拼接方法處理重疊區(qū)域中的采樣數(shù)據(jù)，得到各個子波面 斜率圖相對于基準(zhǔn)子波面斜率圖的拼接參數(shù)，恢復(fù)出全孔徑波面斜率圖。
所述的全局化優(yōu)化拼接方法為
首先，對現(xiàn)有的干涉儀檢測的公式(l),
其中a、 b、 c和d分別為兩個子波面測量過程中的x軸和y軸的相對傾斜、離焦和平移
誤差系數(shù)；但在實際工程中，考慮到短距離的光傳輸，當(dāng)菲涅爾數(shù)^/>1()()()時，因衍射而產(chǎn) 生的波前變化的誤差將在1%以下，即波前畸變可以忽略不計，而實際測量中二維電動平移臺 的piston誤差是毫米量級的，因此可以忽略離焦項，(l)可簡化為
分別對x、 y求導(dǎo)得
哈特曼-夏克波前傳感器檢測消除了平移誤差系數(shù)d的影響，僅僅考慮相對傾斜系數(shù)a、 b，從而降低了拼接參數(shù)求解復(fù)雜度，以x方向斜率為例，即有
《=^]{Gx(>,,3;,) — [Gx'(X —一_y0) + aj_ —min (6)
將公式(6)對"求導(dǎo)并令其值為零，可以求得拼接參數(shù)"；Y方向的斜率圖類似； 當(dāng)拼接區(qū)域大于兩個時，假設(shè)共有M個子波面拼接，可以先選定其中任意的某個子波面 作為基準(zhǔn)， 一般選擇中心區(qū)域的子波面w作為參考標(biāo)準(zhǔn)；假設(shè)拼接參數(shù)分別為 (《,6,,Cl,,c2,M0^、M-l,"m)，以x方向斜率為例，則各個子波面斜率圖與基準(zhǔn)子波面斜率
圖的關(guān)系為
G ,(Jcj) = G,(x-x0'_y-y0) + a, (0SM-l，" — (7) 利用最小二乘法
S =》G(xj)-[G,(H0,y-y0) +《〗}2—min (8)
。<T
令 ，=0 (0S/^A/-],,Vw) (9)
若令 巧-SA(x,;y) 2V= (10)
化
6其中A(x，力-Gi0-x,,y-乂)-;c,，y-力)為第/,j'幀子波面重疊區(qū)域內(nèi)各個采樣點 處測量值之差， 為采樣點個數(shù)。則有
<formula>formula see original document page 7</formula>其中《=<li ^'=/ 利用式(ll)可得到各個子波面相對于基準(zhǔn)子波面的拼接參數(shù)。
所述的待測鏡面可以固定在二維電控平移臺上，并隨二維電控平移臺同步移動；而保持 哈特曼-夏克波前傳感器固定來進(jìn)行檢測。
所述的哈特曼-夏克波前傳感器口徑的大小和形狀可以改變。
本發(fā)明的工作原理本發(fā)明以小口徑圓形哈特曼-夏克波前傳感器為核心元件，由于傳感
器測量的值是各個子波面的斜率值，克服了沿著垂直待測面方向的直線誤差(piston error)的 影響；同時采用的最小二乘擬合方法降低了每幀座標(biāo)系之間的傾斜誤差〔tip/tilterror)的影響。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是:本發(fā)明采用基于H-S波前傳感器的拼接檢測裝置， 消除了平移誤差(干涉儀拼接檢測中主要的誤差來源)此項原理誤差，且通過理論分析忽略 了離焦誤差項，從而提高了拼接精度并降低了拼接參數(shù)求解訃算復(fù)雜度。同時，采用圓形小 口徑的哈特曼-夏克波前傳感器，成本低且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單；由于哈特曼-夏克不需要像干涉儀 一樣每次移動后重新調(diào)整，能在短時間內(nèi)完成大口徑光學(xué)元件的掃描，檢測效率高；利用二 維電控平移臺控制，定位精度高且操作簡易；所采用的全局優(yōu)化拼接方法求得的是各幀子波
面斜率圖相對于基準(zhǔn)子波面斜率圖的絕對拼接參數(shù)，大大降低了多幀掃描中誤差累積和誤差
傳遞的影響，有利于拼接精度的提高。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2為各個子波面在哈特曼動態(tài)的反應(yīng)示意圖3為拼接檢測相鄰兩幀示意圖4為本發(fā)明測量方法的流程圖中1、點光源，2、準(zhǔn)直透鏡，3、反射鏡，4、 CCD, 5、微透鏡陣列，6、過渡 成像光組，7、擴束系統(tǒng)，8、哈特曼-夏克波前傳感器，9、 X-Z雙軸電控平移臺待測鏡面， 10、步進(jìn)電機控制器，11、計算機，12、待測鏡面，13、數(shù)據(jù)采集卡。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖及具體實施方式
詳細(xì)介紹本發(fā)明。
如圖l所示，本發(fā)明的基于小口徑圓形哈特曼-夏克波前傳感器的拼接檢測裝置包含有哈 特曼-夏克波前傳感器8、 x-z二維電控平移臺9、步進(jìn)電機控制器10、計算機ll、待測鏡面 12及數(shù)據(jù)采集卡13;哈特曼-夏克波前傳感器(8)對待測鏡面(12)的某個區(qū)域進(jìn)行檢測并 且在哈特曼-夏克波前傳感器8形成光斑點陣，由數(shù)據(jù)采集卡13采集上述光斑數(shù)據(jù)并傳輸?shù)?計算機11中存儲；計算機11向步進(jìn)電機控制器10發(fā)出指令，控制二維電控平移臺9沿x軸 與z軸移動對待測鏡面12進(jìn)行掃描檢測，利用數(shù)據(jù)采集卡13依次采得各幀子波面處的光斑 數(shù)據(jù)，然后利用質(zhì)心算法、拼接方法及復(fù)原算法得到待測波面。
所述的哈特曼-夏克波前傳感器8由點光源1、準(zhǔn)直透鏡2、反射鏡3、 CCD4及縮/擴束 系統(tǒng)7組成；在每幀子波面處，點光源1發(fā)出的光經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡2形成平行光束，該平行光 束經(jīng)過反射鏡3轉(zhuǎn)折后再經(jīng)過由過渡成像光組6與微透鏡陣列5組成的擴束系統(tǒng)7照射到待 測鏡面12，待測鏡面12反射的光線經(jīng)縮束系統(tǒng)7，再經(jīng)反射鏡3的透射在CCD4上形成光斑 點陣。
如圖1所示，設(shè)置二維電控平移臺9移動的距離和方向(x軸或者z軸)，利用計算機ll 向步進(jìn)電機控制器10發(fā)出指令，控制二維電控平移臺9移動到下一幀處；利用數(shù)據(jù)采集卡 13將此幀處的光斑數(shù)據(jù)采集到計算機II內(nèi)并存儲；按上述方法完成整個待測面的掃描；采 用質(zhì)心算法計算出質(zhì)心偏移量；采用全局優(yōu)化拼接方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再采用復(fù)原算法得到 待測波面。
在整個檢測過程開始之前，需要用標(biāo)準(zhǔn)平面反射鏡進(jìn)行標(biāo)定，以標(biāo)準(zhǔn)平面反射鏡在各個 子孔徑內(nèi)所成光斑質(zhì)心位置為中心原點。
本發(fā)明的基于小口徑圓形哈特曼-夏克波前傳感器的拼接檢測裝置，使用過程中需要注意 以下幾點
(1) 待測鏡面12裝配時需調(diào)整其表面與哈特曼-夏克面內(nèi)置光源出射光線盡可能垂直，以 保證各個子波面的光斑質(zhì)心不會由于偏移量過大超出子孔徑范圍
(2) 哈特曼-夏克波前傳感器S的口徑的大小可以改變；
(3) 待測鏡面12大小可以改變，只需相應(yīng)地增加或減少掃描幀數(shù)；
(4) 二維電控平移臺9每次移動的距離可根據(jù)待測鏡面12與哈特曼-夏克波前傳感器8的 相對大小靈活設(shè)置，但必須保證移動距離是傳感器子孔徑大小的整數(shù)倍且相鄰兩幀之間存在 重疊區(qū)域；
(5) 也可以將待測鏡面12固定在二維電控平移臺上9而保持哈特曼-夏克波前傳感器8固定來進(jìn)行拼接檢測；
如圖2所示，哈特曼-夏克波前傳感器8為微透鏡陣列的哈特曼波前傳感器，CCD 4位于 微透鏡陣列5的焦面上。哈特曼-夏克波前傳感器S利用微透鏡陣列對入射的信號波前進(jìn)行子 孔徑分割，每個子孔徑內(nèi)光信號聚焦在其后的CCD上，利用CCD靶面能量的分布情況進(jìn)行 質(zhì)心位置計算。
哈特曼-夏克波前傳感器s主要是根據(jù)下面的公式(12)計算光斑的位置("^,:^)，探
測全孔徑的波面誤差信息
^Z"rtfl' 3^柳7柳
v 二 ，=."=i_ v = — —_ (12)
式中，m=l M,n-l N為子孔徑映射到CCD光敏靶面上對應(yīng)的像素區(qū)域，M，N為子孔徑 內(nèi)在x和y方向上所含的CCD單元數(shù)，即子孔徑的窗口寬度，J""'是CCD光敏靶面上第(n,m) 像素接收到的信號，X""，^""'分別為第(n,m)個像素的x坐標(biāo)和y坐標(biāo)。
厶
(13)
再根據(jù)下面的公式(13)計算入射波前的波前斜率g ' :
;/義/ 、'義/ #
式中，(jD,_yfl)為標(biāo)準(zhǔn)平面波標(biāo)定哈特曼傳感器獲得的光斑中心基準(zhǔn)位置；哈特曼傳感 器探測波前畸變時，如圖2所示(圖中實線所示為畸變波前實際聚焦的位置，虛線戶萬示為標(biāo) 準(zhǔn)平面波前的光線聚焦情況)，光斑中心偏移到(x,:k)，完成哈特曼傳感器對信號的檢測。
如圖4所示，木發(fā)明基于小口徑圓形哈特曼-夏克波前傳感器的拼接檢測裝置，其測量步 驟如下
第一，開機，開啟系統(tǒng)各光源及哈特曼-夏克波前傳感器8，確認(rèn)各硬件正常工作； 第二，啟動電控平移臺控制軟件，移動哈特曼-夏克波前傳感器8至第一幀子波面^z置； 第二，用標(biāo)準(zhǔn)平面反射鏡對哈特曼-夏克波前傳感器8進(jìn)行現(xiàn)場定標(biāo)； 第三，采集此幀子波面的光斑點陣圖并存儲；
第四，根據(jù)哈特曼-夏克波前傳感器8的與待測鏡面12的相對大小設(shè)置二維電控平移臺9移 動的方向和距離，確保每次移動距離是哈特曼-夏克波前傳感器8子孔徑大小的整數(shù)倍且相鄰 兩幀之間存在一定的重疊區(qū)域。然后控制哈特曼-夏克波前傳感器8移動至下一幀位置；第五，重復(fù)步驟三、步驟四直至掃描完成，要求掃描總區(qū)域能覆蓋待測大口徑光學(xué)元件。 第六，通過質(zhì)心算法計算出子波面斜率矩陣，然后利用全局優(yōu)化拼接方法拼接出全孔徑 波面斜率矩陣；
所述的全局化優(yōu)化拼接方法為-
首先，對于現(xiàn)有的干涉儀測量有 '
0O,jO = ^'(xu-yo) + ox: + &>> + c(x2 +力+ <^ G)
其中a、 b、 c和d分別為兩個子波面測量過程中的x軸和y軸的相對傾斜、離焦和平移 誤差系數(shù)；但在實際工程中，考慮到短距離的光傳輸，當(dāng)菲涅爾數(shù)7//>1000'時，因衍射而產(chǎn)
生的波前變化的誤差將在1%以下，即波前畸變可以忽略不計，而實際測量中二維電動平移臺 的piston誤差是毫米量級的，因此可以忽略離焦項，(l)可簡化為
於0，力二^'Ou-:^)他+ " (4) 分別對x、 y求導(dǎo)得-
1<^0,力=G/(x - x。, y - y0) + 6
哈特曼-夏克波前傳感器檢測消除了平移誤差系數(shù)d的影響，僅僅考慮相對傾斜系數(shù)a、 b，從而降低了拼接參數(shù)求解復(fù)雜度，以x方向斜率為例，即有
《=Z{Gx(x,,_y,) —[Gx'(x, —x。j, 一少。)+ a]j2 —min (6)
將公式(6)對a求導(dǎo)并令其值為零，可以求得拼接參數(shù)"；Y方向的斜率圖類似； 當(dāng)拼接區(qū)域大于兩個時，假設(shè)共有M個子波面拼接，可以先選定其中任意的某個子波面 作為基準(zhǔn)， 一般選擇中心區(qū)域的子波面7"作為參考標(biāo)準(zhǔn)；假設(shè)拼接參數(shù)分別為 (《,6,, ,2,) (0&、M-1,"—，以x方向斜率為例，則各個子波面斜率圖與基準(zhǔn)子波面斜率
圖的關(guān)系為
Gm(x，y) = G,Ou-y0) + a, (0《"M-VVw) (7) 利用最小二乘法
S = ^{G(x,_y) —[G,(x —x。j —_y。) + fl,]}2—min (8)
》C
令 2" (0&'SM-l,Wm) (9)
10若令:
(10)
化
其中△{>,力=G,(x -x,,y — >>,)-g(x-、，_y — ^)為第/幀子波面重疊區(qū)域內(nèi)各個采樣點 處測量值之差， 為采樣點個數(shù)。則有
其中&
、
、* ' 卩
0
(11)
利用式(ll)可得到各個子波面相對于基準(zhǔn)子波面的拼接參數(shù)c
第七，利用模式法復(fù)原出待測大口徑波面。
由以上可知本發(fā)明的拼接檢測裝置采用了哈特曼-夏克波前傳感器，消除了平移誤差此項 原理誤差并且通過理論分析忽略了離焦誤差項，克服了現(xiàn)有干涉儀拼接檢測所存在的缺點，
提高了拼接精度；并且本發(fā)明所采用的全局優(yōu)化拼接方法求得的是各幀子波面斜率圖相對于 基準(zhǔn)子波面斜率圖的絕對拼接參數(shù)，大大降低了多幀掃描中誤差累積和誤差傳遞的影響，有 利于拼接精度的提高。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而己，并不用于限制本發(fā)明，而且在實施例中未作詳 細(xì)描述的內(nèi)容，均為本領(lǐng)域所熟知的現(xiàn)有技術(shù)，
1權(quán)利要求
1、基于小口徑圓形哈特曼-夏克波前傳感器的拼接檢測裝置，其特征在于包含有哈特曼-夏克波前傳感器(8)、x-z二維電控平移臺(9)、步進(jìn)電機控制器(10)、計算機(11)、待測鏡面(12)及數(shù)據(jù)采集卡(13)；哈特曼-夏克波前傳感器(8)對待測鏡面(12)的某個區(qū)域進(jìn)行檢測，并且在哈特曼-夏克波前傳感器(8)形成光斑點陣，由數(shù)據(jù)采集卡(13)采集上述光斑數(shù)據(jù)并傳輸?shù)接嬎銠C(11)中存儲；計算機(11)向步進(jìn)電機控制器(10)發(fā)出指令，控制二維電控平移臺(9)沿x軸與z軸移動對待測鏡面(12)進(jìn)行掃描檢測，利用數(shù)據(jù)采集卡(13)依次采得各幀子波面處的光斑數(shù)據(jù)，然后利用質(zhì)心算法、拼接方法及復(fù)原算法得到待測波面。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于小口徑圓形哈特曼-夏克波前傳感器的拼接檢測裝置，其 特征在于所述的哈特曼-夏克波前傳感器(8)由點光源(1)、準(zhǔn)直透鏡(2)、反射鏡(3)、 CCD (4)及縮/擴束系統(tǒng)(7)組成；點光源(1)發(fā)出的光經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡(2)形成平行光束， 該平行光束經(jīng)過反射鏡(3)轉(zhuǎn)折后再經(jīng)過擴束系統(tǒng)(7)照射到待測鏡面(12)，待測鏡面(12) 反射的光線經(jīng)縮束系統(tǒng)(7)，再經(jīng)反射鏡(3)的透射在CCD (4)上形成光斑點陣。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的哈特曼-夏克波前傳感器(8)，其特征在于所述的擴/縮束系 統(tǒng)(7)由微透鏡陣列(5)與過渡成像光組(6)組成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于小口徑圓形哈特曼-夏克波前傳感器的拼接檢測裝置，其 特征在于所述的拼接方法采用的全局優(yōu)化拼接方法處理重疊區(qū)域中的采樣數(shù)據(jù)，得到各個 子波面斜率圖相對于基準(zhǔn)子波面斜率圖的拼接參數(shù)，恢復(fù)出全孔徑波面斜率圖。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的全局優(yōu)化拼接方法，其特征在于所述全局化優(yōu)化拼接方法為 首先，對于現(xiàn)有的干涉儀測量有-(x,力二-'(x — x。,少—凡)+ ax + ^ + c(x2 +y2) + <i (1)其中a、 b、 c和d分別為兩個子波面測量過程中的x軸和y軸的相對傾斜、離焦和平移誤差系數(shù)；但在實際工程中，考慮到短距離的光傳輸，當(dāng)菲涅爾數(shù)^/>1000時，因衍射而產(chǎn)生的波前變化的誤差將在1%以下，即波前畸變可以忽略不計，而實際測量中二維電動平移臺 的piston誤差是毫米量級的，因此可以忽略離焦項，(l)可簡化為 ，yX(x-x0,_yi0) + ax + ^y + c/ (4)分別對x、 y求導(dǎo)得<formula>formula see original document page 3</formula>(5)哈特曼-夏克波前傳感器檢測消除了平移誤差系數(shù)d的影響，僅僅考慮相對傾斜系數(shù)a、 b，從而降低了拼接參數(shù)求解復(fù)雜度，以x方向斜率為例，即有<formula>formula see original document page 3</formula> (6) 將公式(6)對a求導(dǎo)并令其值為零，可以求得拼接參數(shù)a; Y方向的斜率圖類似； 當(dāng)拼接區(qū)域大于兩個時，假設(shè)共有M個子波面拼接，可以先選定其中任意的某個子波面 作為基準(zhǔn)， 一般選擇中心區(qū)域的子波面w作為參考標(biāo)準(zhǔn)；假設(shè)拼接參數(shù)分別為 &,,6,,Cl,,C2,;i (0&'《M-U7m)，以x方向斜率為例，則各個子波面斜率圖與基準(zhǔn)子波面斜率圖的關(guān)系為<formula>formula see original document page 3</formula> (7) 利用最小二乘法-令 若令:<formula>formula see original document page 3</formula>(9) <formula>formula see original document page 3</formula>(10)其中A(x,力=G,(;c - x,, y - ) - Gy (;c - X,,_y - -V,)為第,:.J'幀子波面重疊區(qū)域內(nèi)各個采樣點 處測量值之差， 為采樣點個數(shù)。則有其中<formula>formula see original document page 3</formula>利用式(ll)可得到各個子波面相對于基準(zhǔn)子波面的拼接參數(shù).
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于小口徑圓形哈特曼-夏克波前傳感器的拼接檢測裝置，其特征在于也可以將待測元件所述的待測鏡面(12)可以固定在二維電控平移臺(9)上，并 隨二維電控平移臺(9)同步移動；而保持哈特曼-夏克波前傳感器(8)固定來進(jìn)行檢測。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于小口徑圓形哈特曼-夏克波前傳感器的拼接檢測裝置，其 特征在于哈特曼-夏克波前傳感器(8) 口徑的大小和形狀可以改變。
全文摘要
基于小口徑圓形哈特曼-夏克波前傳感器的拼接檢測裝置，其特征在于包含有哈特曼-夏克波前傳感器、x-z二維電控平移臺、步進(jìn)電機控制器、計算機、待測鏡面及數(shù)據(jù)采集卡；哈特曼-夏克波前傳感器位于待測鏡面之后對待測鏡面進(jìn)行檢測，并且在哈特曼-夏克波前傳感器形成光斑點陣，由數(shù)據(jù)采集卡采集上述光斑數(shù)據(jù)并傳輸?shù)接嬎銠C中存儲；計算機向步進(jìn)電機控制器發(fā)出指令，控制二維電控平移臺沿x軸與z軸移動對待測鏡面進(jìn)行掃描檢測，利用數(shù)據(jù)采集卡依次采得各幀子波面處的光斑數(shù)據(jù)，然后利用質(zhì)心算法、拼接方法及復(fù)原算法得到待測波面。采用本發(fā)明裝置及方法，通過理論分析忽略了離焦誤差項改進(jìn)了公式；且消除了平移誤差此項原理誤差，提高了拼接精度并降低了拼接參數(shù)求解計算復(fù)雜度。
文檔編號G01M11/00GK101493375SQ20091007825
公開日2009年7月29日 申請日期2009年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月23日
發(fā)明者姜文漢, 楊金生, 樊志華, 鄭翰清, 饒學(xué)軍, 饒長輝 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所