检测大口径光学平面镜时干涉条纹的子孔径拼接方法

　　1　引　言

　　随着天文望远镜向着大口径、快焦比、高精度方向的迅速发展,对天文光学镜面检测技术的要求也越来越高。由于大型平面干涉仪的制造周期长,成本高,所以利用一般的全口径检验方法已不能满足对大平面镜检测的需要。因此,为了适应大口径镜面面形测试的需求,必然要发展子孔径拼接检测技术来对大型天文光学镜面进行高精度检测。

　　本文提出了用Ritchey_Common法检测大口径光学平面镜时子孔径拼接的方法,并将此种检测方法运用到了LAMOST天文望远镜MA六角形子镜的检测中。

　　2　子孔径拼接的基本原理

　　子孔径拼接利用的是小口径干涉仪,用干涉方法分多次分别检测大口径光学镜面的各个部位(每一个部位就是一个子孔径),使这些子孔径几乎完全覆盖整个大光学镜面,且两相邻子孔径之间都有重叠区域。从重叠区域提取出相邻子孔径参考面之间的相对平移和旋转信息,并依次将这些子孔径的参考面拼接到同一个参考面上来,从而恢复出全口径波面的完整面形。

　　下面以两个子孔径为例进行拼接。如图1所示,W1和W2分别是通过两次子孔径检测到的波前相位数据。对经两个子孔径检测获得的测量数据用最小二乘法分别进行拟合。每次测试都可得到一组唯一的位移及倾斜量参数。于是有

　　式中:P为轴向位移量;Tx表示X方向的倾斜量;Ty表示Y方向的倾斜量;W01(x,y)和W02(x,y)是各自子孔径系统波前的原始面型数据;W1(x,y)和W2(x,y)分别表示经两个子孔径测量得到的面型数据。

　　由于重叠部分(阴影区)无论是在W1还是在W2中都具有共同的波面信息,因此可以用它作为基准来衡量各次检测之间的差异,以确定出各子孔径区域的相对倾斜和轴向位移

　　实际上在同一次测试过程中重叠部分和非重叠部分的调整状态都是一样的。只要求出在两次测试过程中重叠部分调整状态的相对变化,也就求出了两个子孔径在测试过程中调整状态的相对变化。因此可用一个子孔径的调整状态来统一另一个子孔径的测试数据。

　　多个子孔径的拼接方法与两个子孔径的拼接方法是相同的,也就是说以某一子孔径为基准,依次与相邻的子孔径进行拼接,逐步推进,直至完成所有子孔径的拼接工作。为了避免两两拼接所造成的误差传递和积累,必须确定一个基准坐标系,将每次子孔径的测量数据都统一到该基准坐标系上来,以实现将各子孔径数据拼接到全口径坐标系下。最后将这些已经统一到基准坐标系下的多个子孔径数据进行拟合,重建连续波面,即可得到所求的大口径光学平面的面型数据,以便精确地确定出大平面镜的面形和不平度。