技术摘要：
本发明公开了一种大口径平面镜的低阶面形检测装置、大口径平面镜的中阶面形检测装置、大口径平面镜的中低阶面形检测系统、装置、及计算机可读存储介质，其中，低阶面形检测装置和中阶面形检测装置均利用相同的瑞奇‑康芒的光路架构，以微透镜阵列和相机形成类似HASO波  全部
背景技术：
黑洞、暗物质与暗能量、宇宙起源、天体起源、宇宙生命起源等天文学界研究的热 点科学目标，需借助大口径望远镜获得更高的集光面积(与口径平方成正比)与分辨率(与 口径成正比)等技术手段。大口径平面镜作为大口径望远镜的关键器件，其镜面尺寸也随之 加大、所承担的功能也日益增多。 对于大口径平面镜的低阶面形检测，可采用扫描五棱镜、相位偏折术等轮廓测量 方法，而高频分量可采用粗糙度仪或原子力显微镜，但整个检测设备光路结构复杂，不便于 在望远镜拼接环境中测量。 针对大口径平面镜的中阶面形检测，则需要进行子孔径检测。离散子孔径测量方 法是将大口径平面镜的波前划分为若干互不重叠的区域进行检测，继而获得全口径的面 形。为了合理地降低离散相位子孔径检测中子孔径数量，可以使用平面干涉仪采集波前数 据。但平面干涉仪的造价随着口径增大而急剧升高，同时对外界振动也十分敏感，限制了其 应用的范围与工作环境。瑞奇-康芒法是用于标准球面镜的形成的会聚光路的检测方法，使 得对同一大口径平面镜采集波前数据测量的平面干涉仪的口径大大降低，进而降低平面干 涉仪的成本。综上所述，离散子孔径与瑞奇-康芒法的结合可以大幅降低大口径平面镜中阶 面形检测成本，提升效率以及扩宽检测的应用场景，但是也并不能解决瑞奇-康芒法测量过 程中对外界振动敏感的问题。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明提供一种大口径平面镜的低阶面形检测装置，包括 激光光源、分光镜、球面反射镜、相位变换板、微透镜阵列、相机以及处理器； 所述激光光源用于产生向所述分光镜入射的激光光束；待测平面镜位于所述分光 镜的反射出射光路上，且所述待测平面镜预先划分为多个离散子孔径；所述球面反射镜位 于所述待测平面镜的出射光路上；所述激光光源位于所述球面反射镜的等效球心上；所述 相位变换板位于所述分光镜的透射出射光路上，且位于所述球面反射镜的等效球心上；所 述微透镜阵列位于所述相位变换板的出射光路上，且和所述相位变换板的距离等于所述微 透镜阵列的焦距；所述相机位于所述微透镜阵列的出射光路上； 其中，所述激光光束依次入射至所述分光镜反射至所述待测平面镜的离散子孔 径，并反射至所述球面反射镜后沿原光路经所述离散子孔径反射至所述分光镜，并由所述 分光镜透射出射依次经过所述相位变换板、所述微透镜阵列入射至所述相机；所述相机用 于随着所述待测平面镜旋转，依次检测经各个所述离散子孔径反射的激光光束的波前斜 5 CN 111551129 A 说　明　书 2/12 页 率； 所述处理器和所述相机相连，用于根据各个所述离散子孔径对应的所述波前斜率 获得所述待测平面镜的低阶面形。 本发明还提供了一种大口径平面镜的中阶面形检测装置，包括激光光源、分光镜、 球面反射镜、孔径遮挡板、相机和处理器； 所述激光光源用于产生向所述分光镜入射的激光光束；待测平面镜位于所述分光 镜的反射出射光路上，且所述待测平面镜预先划分为多个离散子孔径；所述球面反射镜位 于所述待测平面镜的出射光路上；所述激光光源位于所述球面反射镜的等效球心上；所述 相机位于所述分光镜的透射出射光路上，且位于所述球面反射镜的等效球心上； 其中，所述激光光束依次入射至所述分光镜反射至所述待测平面镜的离散子孔 径，并反射至所述球面反射镜后沿原光路经所述离散子孔径反射至所述分光镜，并由所述 分光镜透射出射至所述相机； 当所述球面反射镜边缘位置设置所述孔径遮挡板时，所述相机用于随着所述待测 平面镜旋转，依次检测经各个所述离散子孔径反射的激光光束对应的遮挡点扩散函数； 当所述球面反射镜边缘位置未设置所述孔径遮挡板时，所述相机用于随着所述待 测平面镜旋转，依次检测经各个所述离散子孔径反射的激光光束对应的点扩散函数； 所述处理器和所述相机相连，用于根据所述遮挡点扩散函数和所述点扩散函数获 得波前相位，并根据所述波前相位获得所述待测平面镜的中阶面形。 本发明还提供了一种大口径平面镜的中低阶面形检测系统，包括激光光源、分光 镜、球面反射镜、相位变换板、微透镜阵列、孔径遮挡板、相机以及处理器； 其中，所述激光光源、所述分光镜、所述球面反射镜、所述相位变换板、所述微透镜 阵列以及所述相机用于组成如权利要求1所述的大口径平面镜的低阶面形检测装置，检测 待测平面镜中各个离散子孔径对应的所述波前斜率； 所述激光光源、所述分光镜、所述球面反射镜、所述孔径遮挡板和所述相机用于组 成如权利要求2所述的大口径平面镜的中阶面形检测装置，检测所述待测平面镜中各个离 散子孔径对应的遮挡点扩散函数和点扩散函数； 所述处理器，用于根据所述波前斜率、所述遮挡点扩散函数和所述点扩散函数，获 得所述待测平面镜的中低阶面形。 本发明还提供了一种大口径平面镜的中低阶面形检测方法，应用于如上述的大口 径平面镜的中低阶面形检测系统，包括： 采集获得待测平面镜中各个离散子孔径区域低阶面形对应的波前斜率，以及中阶 面形对应的遮挡点扩散函数和点扩散函数； 根据所述遮挡点扩散函数和所述点扩散函数，获得所述待测平面镜的中阶面形对 应的波前相位； 根据所述波前斜率和所述波前相位，获得所述待测平面镜的中低阶面形。 可选地，根据所述波前斜率和所述波前相位，获得所述待测平面镜的中低阶面形 包括： 根据所述波前斜率获得所述待测平面镜的低阶面形功率谱； 根据所述波前相位获得所述待测平面镜的中阶面形功率谱； 6 CN 111551129 A 说　明　书 3/12 页 对所述低阶面形功率谱和所述中阶面形功率谱进行拼接，获得所述待测平面镜的 中低阶面形功率谱； 根据预先经过神经网络训练获得的面形功率谱和面形泽尼克多项式之间对应关 系模型，以及所述中低阶面形功率谱，获得所述待测平面镜的中低阶面形泽尼克多项式。 可选地，获得所述对应关系模型的过程包括： 基于多个已知泽尼克多项式的平面镜样本，和如权利要求3所述的大口径平面镜 的中低阶面形检测系统，采集各个所述平面镜样本的低阶面形对应的波前斜率样本和中阶 面形对应的波前相位样本； 根据所述波前斜率样本和所述波前相位样本，获得各个所述平面镜样本的中低阶 面形功率谱样本； 根据各个所述平面镜样本的泽尼克多项式和对应的中低阶面形功率谱样本进行 小波神经网络训练，获得所述对应关系模型。 可选地，对所述低阶面形功率谱和所述中阶面形功率谱进行拼接，获得所述待测 平面镜的中低阶面形功率谱，包括： 将所述低阶面形功率谱和所述中阶面形功率谱频率重合空域对应的功率谱大小 进行平均值计算，获得所述待测平面镜的中低阶频域重合空域面形功率谱。 本发明还提供了一种大口径平面镜的中低阶面形检测装置，应用于如上所述的大 口径平面镜的中低阶面形检测系统，包括： 数据采集模块，用于采集获得待测平面镜中各个子孔径区域低阶面形的波前斜 率，以及阶面形的波前相位； 面形获得模块，用于根据所述波前斜率和所述波前相位，获得所述待测平面镜的 中低阶面形。 可选地，所述面形获得模块具体包括： 低阶功率谱单元，用于根据所述波前斜率获得所述待测平面镜的低阶面形功率 谱； 中阶功率谱单元，用于根据所述波前相位获得所述待测平面镜的中阶面形功率 谱； 拼接功率谱单元，用于对所述低阶面形功率谱和所述中阶面形功率谱进行拼接， 获得所述待测平面镜的中低阶面形功率谱； 多项式单元，用于根据预先经过神经网络训练获得的面形功率谱和面形泽尼克多 项式之间对应关系模型，以及所述中低阶面形功率谱，获得所述待测平面镜的中低阶面形 泽尼克多项式。 本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储计 算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一项所述大口径平面镜的中低阶面 形检测方法的步骤。 本发明提供了大口径平面镜的低阶面形检测装置，采用激光光源、分光镜、球面反 射镜等部件形成瑞奇-康芒的基本光路架构，但是采用相位变换板、微透镜阵列和相机组成 HASO波前传感器结构，检测大口径平面镜的各个离散子孔径的低阶面形数据，在很大程度 上提高了检测数据的精度，并且本申请中的装置结构简单，在很大程度上降低了低阶面形 7 CN 111551129 A 说　明　书 4/12 页 检测的成本。 本发明中提供了大口径平面镜的中阶面形检测装置，同样采用激光光源、分光镜、 球面反射镜等部件形成瑞奇-康芒的基本光路架构，但大口径平面镜的各个离散子孔径的 中阶面形数据检测时，通过孔径遮挡板遮挡球面反射镜边缘部分光线，减少离散子孔径的 重叠，并利用相机采集有分光镜出射的点扩散函数，基于该点扩散函数，即可获得各个离散 子孔径的中阶面形数据，相对于现有的常规的检测大口径面形检测的方法，本申请同样具 有降低对外界震动敏感程度的效果，并降低中阶面形检测的成本。 本发明中还提供了大口径平面镜的中低阶面形检测系统，该系统中结合了上述中 阶面形检测装置和低阶面形检测装置的特点，采用了两个装置中共有的瑞奇-康芒的基本 光路架构，在检测大口径平面镜的低阶面形数据时，则采用相位变换板、微透镜阵列和相机 组成HASO波前传感器结构进行数据的采集，而检测大口径平面镜的中阶面形数据时，则利 用相机和孔径这挡板进行数据采集；实现了一种光路结构进行更大空域范围内的面形数据 检测，有利于大口径平面镜的性能的提高，并降低检测成本。 本申请中还提供了一种大口径平面镜的中低阶面形检测装置以及计算机可读存 储介质，具有上述有益效果。 附图说明 为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有 技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发 明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根 据这些附图获得其他的附图。 图1为现有技术中的瑞奇-康芒法的基本光路架构示意图； 图2为本申请实施例提供的大口径平面镜的低阶面形检测装置的光路结构示意 图； 图3为本申请实施例提供的大口径平面镜的中阶面形检测装置的光路结构示意 图； 图4为本申请实施例提供的大口径平面镜的中低阶面形检测方法的流程示意图； 图5为本申请实施例提供的低阶面形功率谱和中阶面形功率谱拼接的坐标示意 图； 图6为本申请实施例提供的大口径平面镜的中低阶面形检测装置的结构框图。