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基于灵敏度矩阵的瑞奇-康芒检测数据处理

张泊泊 鄂可伟 李世杰 李晶 刘焕玉 郭永康 张东旭 薛勋 赵建科

张泊泊, 鄂可伟, 李世杰, 李晶, 刘焕玉, 郭永康, 张东旭, 薛勋, 赵建科. 基于灵敏度矩阵的瑞奇-康芒检测数据处理[J]. 中国光学(中英文). doi: 10.37188/CO.2025-0017
引用本文: 张泊泊, 鄂可伟, 李世杰, 李晶, 刘焕玉, 郭永康, 张东旭, 薛勋, 赵建科. 基于灵敏度矩阵的瑞奇-康芒检测数据处理[J]. 中国光学(中英文). doi: 10.37188/CO.2025-0017
ZHANG Bo-bo, E Ke-wei, LI Shi-jie, LI Jing, LIU Huan-yu, GUO Yong-kang, ZHANG Dong-xu, XUE Xun, ZHAO Jian-ke. Research on data processing for Ritchey-Common test based on sensitivity matrix[J]. Chinese Optics. doi: 10.37188/CO.2025-0017
Citation: ZHANG Bo-bo, E Ke-wei, LI Shi-jie, LI Jing, LIU Huan-yu, GUO Yong-kang, ZHANG Dong-xu, XUE Xun, ZHAO Jian-ke. Research on data processing for Ritchey-Common test based on sensitivity matrix[J]. Chinese Optics. doi: 10.37188/CO.2025-0017

基于灵敏度矩阵的瑞奇-康芒检测数据处理

cstr: 32171.14.CO.2025-0017
基金项目: 西部青年学者项目(No. E3295111);陕西省科技厅项目(No. 2024ZC-KJXX-031);陕西省教育厅项目(No. 24JC044);西安市科技局项目(No. 23GXFW0034)
详细信息
    作者简介:

    张泊泊(1997—),男,陕西西安人,硕士,研究生,学生,主要从事大口径光学系统波前检测方面的研究。Email:zhangbobo@st.xatu.edu.cn

    鄂可伟(1991—),男,甘肃临夏人,博士,高级工程师,硕士生导师,主要从事光学波面和光学检测技术方面的研究。主要学习经历:2008.09——2012.07 兰州交通大学 本科;2012.09——2017.07 四川大学 硕博连读。E-mail:ekewei@opt.ac.cn

    李世杰(1988—),男,四川广安人,博士,副教授,博士生导师,主要从事先进光学制造与检测技术方面的研究。E-mail:lishijie@xatu.edu.cn

    李晶(1987—),女,河北石家庄人,博士,高级工程师,硕士生导师, 主要从事光学系统检测技术方面的研究。E-mail:lijing@opt.ac.cn

    刘焕玉(1998—),女,陕西榆林人,硕士,工程师, 主要从事光学波面和光学检测技术方面的研究。E-mail:296974266@qq.com

    郭永康(1994-),男,安徽芜湖人,本科,工程师, 主要从事光学系统波前检测技术方面的研究。E-mail:1034658571@qq.com

    张东旭(1998—),男,河南驻马店人,硕士,研究生,学生, 主要从事凸非球面检测技术方面的研究。E-mail:zdx4800@163.com

    薛勋(1986—),男,陕西蒲城人,博士,高级工程师,硕士生导师, 主要从事弱目标模拟与探测技术方面的研究。E-mail:xx@opt.ac.cn

    赵建科(1973—),男,陕西宝鸡人,硕士,高级工程师,硕士生导师, 主要从事光电仪器研发和光学测试方面的研究。E-mail:zjk@opt.ac.cn

  • 中图分类号: O436

Research on data processing for Ritchey-Common test based on sensitivity matrix

Funds: Western Young Scholars Program (No. E3295111); Project of Shaanxi Provincial Science and the Technology Department (No. 2024ZC-KJXX-031); Project of the Education Department of Shaanxi Province (No. 24JC044); Project of Xi’an Science and Technology Bureau (No. 23GXFW0034)
More Information
  • 摘要:

    针对现有瑞奇-康芒法检测大口径平面反射镜的数据处理方法中存在通用性较低、检测中的数据易受环境稳定性影响等问题,本文提出了一种灵敏度矩阵分析结合光线追迹的数据处理方法,对瑞奇-康芒法检测获得的数据进行处理分析,实现了对大口径平面镜的高精度面形检测。首先在Zemax软件中建立了瑞奇-康芒光学检测模型,并采用光线追迹算法获得了灵敏度矩阵,使用灵敏度矩阵计算并分离检测过程中存在的误差,相比直接采用泽尼克拟合方式去除像差的方法具有更高的检测精度,避免了近似拟合对数据处理结果的影响,其次对基于灵敏度矩阵的数据处理算法进行了仿真验证。将该算法应用于口径200 mm平面镜的瑞奇-康芒法检测实验,通过与直接采用干涉仪检测结果的交叉对比,验证了该数据处理算法的正确性。进而将该方法应用于口径为2.2 m平面镜的制造流程中,最终获得的面形结果均方根误差优于1/50$\lambda $。该方法为大口径平面镜的瑞奇-康芒检测提供了一种高效可靠的数据处理算法,具有明显的工程应用价值。

     

  • 图 1  瑞奇-康芒法测量光路

    Figure 1.  Ritchey-Common method to measure the flat

    图 2  瑞奇-康芒测量仿真模型

    Figure 2.  Ritchey-Common measurement simulation model

    图 3  仿真模型以及获取到的两角度下波前数据 (a) 瑞奇角为46°时波前数据 (b) 瑞奇角为58°时波前数据

    Figure 3.  The simulation model and the obtained wavefront data at two angles (a) Wavefront data at angle 46° (b) Wavefront data at angle 58°

    图 4  光瞳面与平面镜坐标转换

    Figure 4.  Coordinate transformation from pupil plane to plane mirror

    图 5  导入面形与计算结果对比 (a)导入面形数据 (b)本文方法计算结果 (c) 残差计算结果

    Figure 5.  Comparison of imported surface shape data and calculation results (a) Import of surface data (b) Calculation results of this method (c) Residual calculation results

    图 6  200 mm平面镜瑞奇康芒检测 (a)检测现场 (b)角度1检测结果 (c)角度2检测结果

    Figure 6.  Ritchey-Common test for a 200-mm flat mirror (a) Experimental Setup (b) Measurement Results at Incidence Angle θ;(c) Measurement Results at Incidence Angle θ2

    图 7  使用450 mm平面干涉仪直接检测平面镜 (a) 200 mm平面镜 (b) 450 mm平面干涉仪 (c)检测结果

    Figure 7.  Direct detection of a plane mirror using 450 mm interferometer (a) 200 mm flat mirror (b) 450 mm flat interferometer (c) measurement results

    图 8  瑞奇康芒法检测现场 (a) 2.6 m球面镜 (b) 球面镜检测结果 (c) 2.2 m平面镜

    Figure 8.  Ritchey-Common testing site (a) 2.6 m spherical mirror (b) sphere test results (c) 2.2 m flat mirror

    图 9  数据处理结果 (a)拟合结果1 (b)拟合结果2 (c)拟合结果3

    Figure 9.  Data processing results (a) Fitting result 1 (b) Fitting result 2 (c) Fitting result 3

    图 10  球面镜坐标到平面的转换

    Figure 10.  Conversion from Spherical Mirror Coordinates to Plane Coordinates

    图 11  去除球面镜面形误差前后对比 (a)不移除球面镜误差 (b) 移除球面镜误差 (c)球面镜面形误差的影响

    Figure 11.  Spherical mirror surface figure error: Pre- vs. Post-Removal Analysis (a) Without Removing Spherical Mirror Error (b) With Spherical Mirror Error Removed (c) Influence of Spherical Mirror Surface Error

    表  1  验证实验数据及处理结果(λ)

    Table  1.   Validation of experimental data and processing results

    θ1 = 41° θ2 = 45° calculation results residual error
    (1)PV=0.2036 RMS=0.0229PV=0.3406 RMS=0.0259PV=0.4060 RMS=0.0159PV=0.0986 RMS=0.0067
    (2)PV=0.1878 RMS=0.0205PV=0.3429 RMS=0.0265PV=0.4700 RMS=0.0158PV=0.0979 RMS=0.0066
    (3)PV=0.2037 RMS=0.0201PV=0.3220 RMS=0.0257PV=0.4460 RMS=0.0160PV=0.0986 RMS=0.0067
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    表  2  平面镜面形检测结果

    Table  2.   Plane mirror surface shape detection results

    Ritchey angleresults1results 2results 3
    41.7°PV=0.2374 RMS=0.0174PV=0.3379 RMS=0.0175PV=0.3337 RMS=0.0177
    48.4°PV=0.2406 RMS=0.0168PV=0.1929 RMS=0.0173PV=0.2055 RMS=0.0172
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  • [1] 郭良. 基于相位差算法的高精度空间望远镜波前探测研究[D]. 长春: 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2023.

    GUO L. Research on high-accuracy wavefront sensing of space telescopebased on phase diversity algorithm[D]. Changchun: University of Chinese Academy of Sciences (Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences), 2023. (in Chinese).
    [2] 刘宗豪, 牛冬生, 叶宇. 可用于空间望远镜主动支撑主镜的主动减振技术研究[J]. 激光与光电子学进展,2024,61(21):2122003.

    LIU Z H, NIU D SH, YE Y. Research on active vibration reduction technology for actively supporting main mirror of space telescope[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2024, 61(21): 2122003. (in Chinese).
    [3] 刘银年, 薛永祺. 星载高光谱成像载荷发展及关键技术[J]. 测绘学报,2023,52(7):1045-1058. doi: 10.11947/j.AGCS.2023.20220498

    LIU Y N, XUE Y Q. Development and key technologies of spaceborne hyperspectral imaging payload[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2023, 52(7): 1045-1058. (in Chinese). doi: 10.11947/j.AGCS.2023.20220498
    [4] 曾昶宇, 李金鹏, 王鑫蕊. 基于激光跟踪仪的瑞奇角在位检测方法[J]. 光学学报,2024,44(12):1212002. doi: 10.3788/AOS231348

    ZENG CH Y, LI J P, WANG X R. Method of in-situ detection of Ritchey angle based on laser tracker[J]. Acta Optica Sinica, 2024, 44(12): 1212002. (in Chinese). doi: 10.3788/AOS231348
    [5] 石照耀, 费业泰. 轮廓扫描测量及其控制策略[J]. 合肥工业大学学报(自然科学版),1992,22(6):6-9.

    SHI ZH Y, FEI Y T. Profile scanning measurement and its control strategies[J]. Journal of Hefei University of Technology, 1992, 22(6): 6-9. (in Chinese).
    [6] 张隽楠, 范勇, 陈念年, 等. 大口径光学组件面形检测系统关键算法研究[J]. 计算机工程与应用,2011,47(20):163-166. doi: 10.3778/j.issn.1002-8331.2011.20.046

    ZHANG J N, FAN Y, CHEN N N, et al. Study on key algorithm in large optical components topography measurementsystem[J]. Computer Engineering and Application, 2011, 47(20): 163-166. (in Chinese). doi: 10.3778/j.issn.1002-8331.2011.20.046
    [7] 林冬冬, 胡明勇, 李金鹏, 等. 大口径平面镜局部采样瑞奇-康芒检验[J]. 激光与光电子学进展,2018,55(3):031202.

    LIN D D, HU M Y, LI J P, et al. Local sampling Ritchey-common test for large aperture flat mirror[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2018, 55(3): 031202. (in Chinese).
    [8] 范勇, 陈念年, 张劲峰, 等. 大口径光学平面镜面形检测系统初步研究[J]. 计算机测量与控制,2010,18(4):785-788.

    FAN Y, CHEN N N, ZHANG J F, et al. Topography measurement system of large flat mirror[J]. Computer Measurement & Control, 2010, 18(4): 785-788. (in Chinese).
    [9] 王朝暄. 大口径光学平面干涉检测的子孔径拼接研究[D]. 南京: 南京理工大学, 2007.

    WANG ZH X. Research on sub-aperture stitching of large-aperture optical plane interferometry[D]. Nanjing: Nanjing University of Science and Technology, 2007. (in Chinese) (查阅网上资料, 未找到本条文献英文信息, 请确认).
    [10] THUNEN J G, KWON O Y. Full aperture testing with sub-aperture test optics[J]. Proceedings of SPIE, 1982, 0351: 19-27.
    [11] CHENG W M, CHEN M Y. Transformation and connection of subapertures in the multiaperture overlap-scanning technique for large optics tests[J]. Optical Engineering, 1993, 32(8): 1947-1950. doi: 10.1117/12.143720
    [12] ZHANG L CH, XUAN B, XIE J J. Combination of skip-flat test with Ritchey-Common test for the large rectangular flat[J]. Proceeding of SPIE, 2010, 7656: 76564W. doi: 10.1117/12.867490
    [13] 朱硕, 张晓辉. 瑞奇-康芒式大口径平面镜面形数据处理方法对比研究[J]. 应用光学,2015,36(5):698-703. doi: 10.5768/JAO201536.0501006

    ZHU SH, ZHANG X H. Comparative study on data processing method for large flat mirror in Ritchey-Common test[J]. Journal of Applied Optics, 2015, 36(5): 698-703. (in Chinese). doi: 10.5768/JAO201536.0501006
    [14] 朱硕. 大口径光学平面镜面形检测技术研究[D]. 长春: 中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所), 2014.

    ZHU SH. Study on technology for large optic flat mirror testing[D]. Changchun: Graduate Institute of Chinese Academy of Sciences (Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics), 2014. (in Chinese).
    [15] 胡少杰, 王洪远, 何泽浩, 等. 近场分布式平面光源光强测试方法[J]. 光学学报,2024,44(3):0312004. doi: 10.3788/AOS231565

    HU SH J, WANG H Y, HE Z H, et al. Luminous Intensity of Plane Light Source Based on Near-Field Distributed Photometry[J]. Acta Optica Sinica, 2024, 44(3): 0312004. (in Chinese). doi: 10.3788/AOS231565
    [16] 张宗. φ1.1m平面镜的瑞奇—康芒检验方法研究[D]. 南京: 南京理工大学, 2012.

    ZHANG Z. Research on the Ritchey-Common test method of φ1. 1m plane mirror[D]. Nanjing: Nanjing University of Science and Technology, 2012. (in Chinese) (查阅网上资料, 未找到本条文献英文信息, 请确认).
    [17] 刘一鸣, 李金鹏, 陈磊, 等. 采用单位激励影响矩阵数值计算的瑞奇-康芒检测技术[J]. 光学 精密工程,2018,26(4):771-777. doi: 10.3788/OPE.20182604.0771

    LIU Y M, LI J P, CHEN L, et al. Ritchey-Common interferometry using unit-excitation influence matrix's numerical calculation method[J]. Optics and Precision Engineering, 2018, 26(4): 771-777. (in Chinese). doi: 10.3788/OPE.20182604.0771
    [18] 袁吕军, 邢娜. 大口径光学平面瑞奇-康芒检测技术的研究[J]. 光学技术,2007,33(5):737-740,744. doi: 10.3321/j.issn:1002-1582.2007.05.009

    YUAN L J, XING N. Study on the Ritchey-Common interferometry for large plano optics[J]. Optical Technique, 2007, 33(5): 737-740,744. (in Chinese). doi: 10.3321/j.issn:1002-1582.2007.05.009
    [19] SHU K L. Ray-trace analysis and data reduction methods for the Ritchey-Common test[J]. Applied Optics, 1983, 22(12): 1879-1886. doi: 10.1364/AO.22.001879
    [20] JI B, XU CH, LI B. The error analyze of testing the large aperture flat by the Ritchey-Common method[J]. Proceedings of SPIE, 2014, 9298: 92981A.
    [21] 刘昕, 王聪, 刘永强, 等. 大口径平面镜快速瑞奇-康芒测量法研究[J]. 应用光学,2022,43(4):707-713. doi: 10.5768/JAO202243.0403003

    LIU X, WANG C, LIU Y Q, et al. Rapid Ritchey-Common measurement method of large-aperture flat mirror[J]. Journal of Applied Optics, 2022, 43(4): 707-713. (in Chinese). doi: 10.5768/JAO202243.0403003
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