CN103776389A - 一种高精度非球面组合干涉检测装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度非球面组合干涉检测装置与方法。本发明包括包括非球面非零位干涉检测***、位移测量干涉***和计算机数据处理模块；具体包括如下步骤：步骤1.选择部分零位镜，搭建高精度非球面组合干涉检测装置；步骤2.***建模，并划分子孔径；步骤3.检测装置中非球面的定位；步骤4.子孔径干涉图采集处理；步骤5.子孔径回程误差校正；步骤6.全口径面形拼接。本发明结合非球面部分零位补偿法与环形子孔径拼接干涉检测法，可有效地减少覆盖全口径所需的子孔径数目，增加各环带子孔径和重叠区宽度，有效地解决了由于重叠区很小而影响拼接精度的难题。

Description

一种高精度非球面组合干涉检测装置与方法

技术领域

本发明涉及一种高精度非球面组合干涉检测装置与方法。

背景技术

非球面面形精密检测一直存在技术难点，传统干涉检测受分辨率和口径限制，无法检测大口径深度非球面。上世纪80年代，子孔径拼接干涉检测技术应运而生，通过将被测面或波前分割为不同的子孔径区域分别检测，克服了传统干涉仪的检测限制。其中，环形子孔径拼接干涉检测技术被广泛应用于检测旋转对称非球面。其主要采用透射球面镜产生不同曲率半径的参考球面波，用来匹配被测面不同子孔径区域，使得每个环形子孔径区域返回的波前可以被探测器分辨，再利用相应的拼接算法将每个子孔径的检测数据拼接得到全口径面形信息。该方法的关键在于，相邻的环形子孔径区域存在一定的重叠区，用以拼接时校正每个子孔径的相对调整误差。重叠区越大，则拼接精度越高。然而，该方法只适合中小口径且非球面度较小的非球面。当被测面口径或非球面度较大时，检测所需的子孔径必然很多，各个子孔径宽度相应下降，尤其是边缘区域的子孔径宽度极小，很难产生足够的重叠区域参与调整误差校正，给子孔径拼接带来很大的不确定性，一直是影响子孔径拼接精度的重要因素。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种高精度非球面组合干涉检测装置与方法。本发明结合非球面部分零位补偿法与环形子孔径拼接干涉检测法，可有效地减少覆盖全口径所需的子孔径数目，增加各环带子孔径和重叠区宽度，有效地解决了由于重叠区很小而影响拼接精度的难题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种高精度非球面组合干涉检测装置，包括非球面非零位干涉检测***、位移测量干涉***和计算机数据处理模块；

非球面非零位干涉检测***，包括稳频激光器、准直扩束***、分光板、参考平面镜、压电陶瓷、成像镜、探测器、部分零位镜、非球面、夹持机构、导轨；稳频激光器出射的细光束经准直扩束***被扩束为宽光束平行光，宽光束平行光向前传播至分光板处被分为两路；其中一路经分光板反射传播至参考平面镜后原路返回作为参考波；另一路经分光板透射向前传播至部分零位镜后先会聚后发散，发散光经非球面反射后再次经过部分零位镜后，形成检测波；参考波和检测波在分光板处发生干涉，经成像镜成像于探测器处；压电陶瓷设置在参考平面镜的反面，用于移相；非球面固定在夹持机构上，夹持机构安装于导轨上，计算机数据处理模块能够驱动夹持机构沿导轨上下移动，移动距离由位移测量干涉***控制；

位移测量干涉***，包括干涉仪主机、半透半反棱镜、线性反射棱镜、测量反射镜；位移测量干涉***的主光轴与非球面非零位干涉检测***主光轴平行，测量反射镜与夹持机构固定，即测量反射镜与被测的非球面一起沿各自光轴方向移动，非球面移动距离即测量反射镜的移动距离；干涉仪主机出射的激光经半透半反棱镜后，一部分经半透半反棱镜反射至线性反射棱镜，被反射回半透半反棱镜；另一部分经半透半反棱镜透射至测量反射镜，同样被反射回半透半反棱镜，两束反射光发生干涉；

计算机数据处理模块，包括导轨驱动控制单元、干涉图采集处理单元、回程误差校正单元、子孔径拼接单元；干涉图采集处理单元与探测器相连接，探测器采集到的图像经干涉图采集处理单元处理后，输出至回程误差校正单元，再经过子孔径拼接单元，能得到全口径面形信息。

所述的导轨驱动控制单元通过位移测量干涉***的干涉条纹计数对导轨的移动进行闭环反馈控制；干涉图采集处理单元的输入为探测器采集到各子孔径干涉图，输出为各子孔径返回波前相位；回程误差校正单元的输入为各子孔径返回波前相位，输出为各个子孔径面形信息；各个子孔径面形信息经子孔径拼接单元后能得到全口径面形信息；

所述的测量反射镜能够沿光轴方向移动，其移动距离直接表现为两束反射光干涉条纹的变化，通过干涉条纹计数能精确测量其移动距离；干涉仪主机直接与导轨驱动控制单元连接，通过导轨驱动控制单元实时显示被测非球面的移动距离。

一种高精度非球面组合干涉检测方法，具体包括如下步骤：

步骤1.选择部分零位镜，搭建高精度非球面组合干涉检测装置；

步骤2.***建模，并划分子孔径；

步骤3.检测装置中非球面的定位；

步骤4.子孔径干涉图采集处理；

步骤5.子孔径回程误差校正；

步骤6.全口径面形拼接。

所述的步骤2具体如下：

2-1.根据检测装置中非球面非零位干涉检测***的具体器件的参数，在光线追迹软件中对非球面非零位干涉检测***进行建模；

2-2.***建模完成后，在***模型中进行环带子孔径划分

2-2-1.首先确定中心环带宽度，通过***模型中非球面的试探性移动，进行光线追迹并计算非球面返回波前的斜率，直至非球面中心某一圆形区域返回的波前斜率小于等于Nyquist采样频率，从而确定该圆形区域为中心环带；

2-2-2.对于***环带，先以上一环带的上边界为该环带的下边界，通过步骤2-2-1中的试探性移动方法确定该环带的上边界，获得临时的环带宽度，再确定该环带与前一环带重叠区大小。

所述的具体器件的参数包括：稳频激光器出射的激光波长，准直扩束***的通光口径及放大倍数，分光板的口径及厚度，参考平面镜的口径，成像镜的口径和表面曲率半径以及厚度，部分零位镜的口径和表面曲率半径以及厚度，被测非球面的名义面形方程和口径；所述的光线追迹软件为Zemax软件，是由美国Radiant Zemax公司开发的光学设计软件；所述的重叠区宽度设置为该环带宽度的0.25倍，能够确定该环带新的下边界，进而通过2-2-1中的试探性移动方法重新确定上边界，依次类推，直至某一子孔径上边界超过被测面口径。

所述的步骤3具体如下：

根据***模型中各个环带子孔径对应的非球面与部分零位镜间距，检测装置中非球面进行定位，具体包括测量中心环带时非球面的定位和测量***环带时非球面的定位；测量中心环带时，能够通过波前的离焦系数对比法进行精确定位；测量***环带时，能够根据位移测量干涉***精确控制此时非球面与测量中心环带时非球面位置的相对移动量进行定位；

所述的离焦系数对比法，即***模型中非球面返回波前的离焦系数实际探测器接收波前的离焦系数的对比；其中，***模型中非球面返回波前的离焦系数为光线追迹软件Zemax自带；实际探测器接收波前的离焦系数可通过干涉图采集处理单元对干涉图解调，并对解调所得的波前进行Zernike多项式拟合得到；在装置中不断移动非球面，直至二者的离焦系数一致，则认为此时非球面定位准确。

所述的步骤4具体如下：

通过干涉图采集处理单元采集各个环带子孔径干涉图，并利用相移算法进行干涉图相位解调，得到实验中探测器接收到的各环形子孔径返回波前相位。

所述的步骤5具体如下：

在***模型中，采集非球面位于每一子孔径测量位置时探测器接收到的的理论环带波前数据，设某一环带子孔径返回的理论波前数据为W,则W可表示为：

W＝W_ret,                     (1)

其中W_ret即为该环带子孔径的回程误差；步骤4中所得实验中该子孔径返回波前数据W′表示为：

W′＝2W_asp+W_ret+W_adj,                 (2)

其中W_asp表示子孔径面形，W_adj表示调整误差；由（2）式减去（1）式可校正子孔径回程误差，

W′-W＝2W_asp+W_adj,               (3)

从而得到环形子孔径区域的面形信息，

$W_{\mathrm{asp}}=\frac{1}{2}\left[(W^{\′}-W)\right]-W_{\mathrm{adj}}],---\left(4\right).$

所述的步骤6具体如下：

在子孔径拼接单元中，利用全局拼接算法，剔除***子孔径与中心子孔径的相对调整误差，并拼接各个环形子孔径数据成为连续面形数据；再将拼接所得的连续面形数据拟合为Zernike多项式形式ΣB_iZ_i,i＝1,2,…,37，式中，B_i和Z_i分别为第i项拟合系数和第i项Zernike多项式；剔除前四项系数：位移项系数B₁，x方向倾斜项系数B₂，y方向倾斜项系数B₃，离焦项系数B₄，从而校正中心子孔径的调整误差，得到被测非球面全口径面形。

所述的步骤4和步骤3是交叉进行的，即一次非球面定位对应一次干涉图采集处理。

本发明有益效果如下：

本发明结合非球面部分零位补偿法与环形子孔径拼接干涉检测法，利用部分零位镜替代了标准环形子孔径拼接干涉检测仪中的透射球，产生非球面波前匹配被测面不同环带区域，使得检测全口径所需的子孔径数目大大减少，增加了子孔径宽度，尤其是边缘区域的子孔径宽度，从而增加了相邻子孔径的重叠区宽度，有效地解决了由于边缘环带窄所造成的拼接精度低的问题，同时增加了拼接效率。

附图说明

图1为高精度非球面组合干涉检测检测装置图；

图2为高精度非球面组合干涉检测方法流程图；

图3(a)为实验所得中心子孔径干涉图；

图3(b)为实验所得第二子孔径干涉图；

图4(a)为去除回程误差后的中心子孔径波前相位；

图4(b)为去除回程误差后的第二子孔径波前相位；

图5(a)为组合干涉检测法所得全口径面形结果。

图5(b)为Zygo干涉仪检测所得全口径面形结果。

图中，稳频激光器S1、准直扩束***S2、分光板S3、参考平面镜S4、压电陶瓷S5、成像镜S6、探测器S7、部分零位镜S8、非球面S9、夹持机构S10、导轨S11、位移测量干涉***S12，包括干涉仪主机12-1、半透半反棱镜12-2、线性反射棱镜12-3、测量反射镜12-4、计算机数据处理模块S13。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种高精度非球面组合干涉检测装置，包括非球面非零位干涉检测***、位移测量干涉***和计算机数据处理模块三部分；

非球面非零位干涉检测***，包括稳频激光器S1、准直扩束***S2、分光板S3、参考平面镜S4、压电陶瓷S5、成像镜S6、探测器S7、部分零位镜S8、非球面S9、夹持机构S10、导轨S11；稳频激光器S1出射的细光束经准直扩束***S2被扩束为宽光束平行光，宽光束平行光向前传播至分光板S3处被分为两路；其中一路经分光板S3反射传播至参考平面镜S4后原路返回作为参考波；另一路经分光板S3透射向前传播至部分零位镜S8后先会聚后发散，发散光经非球面S9反射后再次经过部分零位镜S8后，形成检测波。参考波和检测波在分光板S3处发生干涉，经成像镜S6成像于探测器S7处。压电陶瓷S5设置在参考平面镜S4的反面，用于移相。非球面S9固定在夹持机构S10上，夹持机构S10安装于导轨S11上，计算机13能够驱动夹持机构S10沿导轨S11上下移动，移动距离由位移测量干涉***S12精确控制。

位移测量干涉***S12，包括干涉仪主机12-1、半透半反棱镜12-2、线性反射棱镜12-3、测量反射镜12-4；位移测量干涉***12的主光轴与非球面非零位干涉检测***主光轴平行，测量反射镜12-4与夹持机构S10固定，即测量反射镜12-4与被测的非球面S9一起沿各自光轴方向移动，非球面S9移动距离即测量反射镜12-4的移动距离；干涉仪主机12-1出射的激光经半透半反棱镜12-2后，一部分经半透半反棱镜12-2反射至线性反射棱镜12-3，被反射回半透半反棱镜12-2；另一部分经半透半反棱镜12-2透射至测量反射镜12-4，同样被反射回半透半反棱镜12-2，两束反射光发生干涉；

测量反射镜12-4能够沿光轴方向移动，其移动距离直接表现为两束反射光干涉条纹的变化，通过干涉条纹计数能精确测量其移动距离。干涉仪主机12-1直接与导轨驱动控制单元连接，通过导轨驱动控制单元实时显示被测非球面S9的移动距离。

计算机数据处理模块S13，包括导轨驱动控制单元、干涉图采集处理单元、回程误差校正单元、子孔径拼接单元；导轨驱动控制单元与干涉仪主机12-1及导轨S11连接，通过位移测量干涉***S12的干涉条纹计数对导轨S11的移动进行闭环反馈控制；干涉图采集处理单元与探测器S7相连接，探测器S7采集到的图像经干涉图采集处理单元处理后，输出至回程误差校正单元，再经过子孔径拼接单元，可得到全口径面形信息。所述的干涉图采集处理单元的输入为探测器S7采集到各子孔径干涉图，输出为各子孔径返回波前相位；回程误差校正单元的输入为各子孔径返回波前相位，输出为各个子孔径面形信息（包括调整误差）；各个子孔径面形信息经子孔径拼接单元后能得到全口径面形信息。

如图2所示，一种高精度非球面组合干涉检测方法，具体包括如下步骤：

步骤1.选择部分零位镜，搭建检测装置

所述的检测装置参看上述所说的一种高精度非球面组合干涉检测装置；

步骤2.***建模，并划分子孔径

2-1.根据检测装置中非球面非零位干涉检测***的具体器件的参数，在光线追迹软件中对非球面非零位干涉检测***进行建模；

所述的具体器件的参数包括：稳频激光器S1出射的激光波长，准直扩束***S2的通光口径及放大倍数，分光板S3的口径及厚度，参考平面镜S4的口径，成像镜S6的口径和表面曲率半径以及厚度，部分零位镜S8的口径和表面曲率半径以及厚度，被测非球面S9的名义面形方程和口径。

所述的光线追迹软件为Zemax软件，是由美国Radiant Zemax公司开发的光学设计软件。

2-2.***建模完成后，在***模型中进行环带子孔径划分

2-2-1.首先确定中心环带宽度，通过***模型中非球面的试探性移动，进行光线追迹并计算非球面返回波前的斜率，直至非球面中心某一圆形区域返回的波前斜率小于等于Nyquist采样频率，从而确定该圆形区域为中心环带；

2-2-2.对于***环带，先以上一环带的上边界为该环带的下边界，通过步骤2-2-1中的试探性移动方法确定该环带的上边界，获得临时的环带宽度，再确定该环带与前一环带重叠区大小；

所述的重叠区宽度设置为该环带宽度的0.25倍，能够确定该环带新的下边界，进而通过2-2-1中的试探性移动方法重新确定上边界，依次类推，直至某一子孔径上边界超过被测面口径。

步骤3.检测装置中非球面S9的定位

根据***模型中各个环带子孔径对应的非球面与部分零位镜间距，检测装置中非球面S9进行定位，具体包括测量中心环带时非球面的定位和测量***环带时非球面的定位。测量中心环带时，能够通过波前的离焦系数对比法进行精确定位；测量***环带时，能够根据位移测量干涉***精确控制此时非球面与测量中心环带时非球面位置的相对移动量进行定位。

所述的离焦系数对比法，即***模型中非球面返回波前的离焦系数实际探测器S7接收波前的离焦系数的对比。其中，***模型中非球面返回波前的离焦系数为光线追迹软件Zemax自带；实际探测器S7接收波前的离焦系数可通过干涉图采集处理单元对干涉图解调，并对解调所得的波前进行Zernike多项式拟合得到。在装置中不断移动非球面，直至二者的离焦系数一致，则认为此时非球面定位准确。

步骤4.子孔径干涉图采集处理

通过干涉图采集处理单元采集各个环带子孔径干涉图，子孔径干涉图参看图3（a）和图3（b），并利用相移算法进行干涉图相位解调，得到实验中探测器S7接收到的各环形子孔径返回波前相位；

所述的步骤4和步骤3是交叉进行的，即一次非球面定位对应一次干涉图采集处理。

步骤5.子孔径回程误差校正

在***模型中，采集非球面位于每一子孔径测量位置时探测器接收到的的理论环带波前数据，设某一环带子孔径返回的理论波前数据为W,则W可表示为：

W＝W_ret,                      (5)

其中W_ret即为该环带子孔径的回程误差。步骤4中所得实验中该子孔径返回波前数据W′表示为：

W′＝2W_asp+W_ret+W_adj,            (6)

其中W_asp表示子孔径面形，W_adj表示调整误差。由（2）式减去（1）式可校正子孔径回程误差，

W′-W＝2W_asp+W_adj,               (7)从而得到环形子孔径区域的面形信息，

$W_{\mathrm{asp}}=\frac{1}{2}[(W^{\′}-W)-W_{\mathrm{adj}}],---\left(8\right)$

具体面形信息参看图4（a）和图4（b）。

步骤6.全口径面形拼接

在子孔径拼接单元中，利用全局拼接算法，剔除***子孔径与中心子孔径的相对调整误差，并拼接各个环形子孔径数据成为连续面形数据；再将拼接所得的连续面形数据拟合为Zernike多项式形式ΣB_iZ_i,i＝1,2,…,37，式中，B_i和Z_i分别为第i项拟合系数和第i项Zernike多项式。剔除前四项系数：位移项系数B₁，x方向倾斜项系数B₂，y方向倾斜项系数B₃，离焦项系数B₄，从而校正中心子孔径的调整误差，得到被测非球面全口径面形，全口径面形参看图5（a）。

所述的组合干涉检测法所得全口径面形拼接结果具有很高的精度，与ZYGO干涉仪检测的面形结果基本一致。ZYGO干涉仪检测的面形结果参看图5（b）。

实施例

本发明应用于高精度非球面组合干涉检测的实例描述如下。

图1为一种高精度非球面组合干涉检测装置，激光波长为λ＝632.8nm；被测非球面为抛物面，口径101mm，顶点球曲率半径240mm；稳频激光器S1出射的细光束经准直扩束***S2被扩束为宽光束平行光，平行光向前传播至分光板S3处被分为两路光。一路向前传播至参考平面镜S5后原路返回作为参考波；另一路向前传播至部分零位镜S8后先会聚后发散，发散光经测非球面S9反射，再次经过部分零位镜S8后入形成检测波。二者在分光板处发生干涉，经成像镜S6成像于探测器S7处。所述的部分零位镜参数如表1所示：

表1为图1中部分零位镜参数

根据实验***参数，在光线追迹软件Zemax中进行***建模，考虑到实验中噪声的影响，设定每个子孔径返回波前斜率小于等于1/8Nyquist采样频率,通过移动非球面S9，当非球面定位在距部分零位镜302.2155mm时，确定中心（基准）环带的归一化区域为0～0.75。以0.75为下边界，继续移动非球面距离部分零位镜303.0473mm时，确定第二环带临时归一化区域为0.75～1，为使相邻环带重叠区域大于下一环带宽度的0.25倍，即此处重叠区归一化宽度应大于0.06，设定重叠区域归一化宽度为0.1，则第二环带归一化区域的下边界为0.65，同时发现第二环带上界为1时，返回波前斜率仍小于1/8Nyquist采样频率，即第二环带归一化区域为0.65～1。此时环带划分完毕。可以看出运用该组合干涉检测法，该被测非球面只需2个环形子孔径即可覆盖全口径，并且两个环带均具有较大的宽度，同时二者具有较大的重叠区用于精确校正相对调整误差。两个子孔径参数如表2所示。

表2两个子孔径参数

子孔径	1	2
			与部分零位镜间距（mm)	302.2155	303.0473
子孔径归一化宽度	[0，0.75]	[0.65，1]

在实际实验***中，根据表2中的两个子孔径对应的非球面与部分零位镜的距离参数，进行非球面定位。首先是中心子孔径对应的非球面定位，在仿真***中，此时非球面距补偿镜302.2155mm，该位置的非球面返回波前离焦系数为10.06λ，不断移动实验装置中的非球面，并在干涉图采集处理单元中对探测器S7接收的波前进行解调并拟合为Zernike多项式形式，当拟合所得离焦系数为10.06λ时，则认为实验装置中的非球面被准确定位在距补偿镜302.2155mm处，此时完成中心子孔径对应的非球面定位，并将拟合所得的Zernike多项式作为中心子孔径波前相位；接下来进行第二子孔径对应的非球面定位，沿***光轴(导轨***S11)逐渐移动非球面S9，改变其与部分零位镜S8之间的距离，其中，非球面S9的移动距离由位移测量干涉***S12精确控制，当移动距离为0.8318mm时，即非球面S9被定位在与部分零位镜S8相距303.0473mm处，此时，第二子孔径对应的非球面定位完成，并干涉图采集处理单元中对探测器S7接收的波前进行解调并拟合Zernike多项式形式，得到第二子孔径返回波前相位。

将两个子孔径的波前相位数据输入回程误差处理单元中，减去Zemax***模型中对应子孔径返回的理论波前相位数据，即可校正各子孔径的回程误差。再将所得各子孔径波前数据输入子孔径拼接模块，即可校正第二子孔径相对中心子孔径的调整误差，然后将拼接所得的连续面形数据拟合为Zernike多项式形式ΣB_iZ_i,i＝1,2,…,37，式中，B_i和Z_i分别为第i项拟合系数和第i项Zernike多项式。剔除其中前四项系数,包括位移项系数B₁＝0.82λ，x方向倾斜项系数B₂＝0.14λ，y方向倾斜项系数B₃＝0.07λ，离焦项系数B₄＝0.41λ，从而校正中心子孔径的调整误差，得到被测非球面全口径面形，全口径面形参看图5（a）。

所述的组合干涉检测法所得全口径面形与ZYGO干涉仪检测的面形结果基本一致，表明该方法具有很高的精确度。组合干涉检测法所得全口径面形PV值（峰谷值）为0.2951λ，RMS值（均方根值）为0.037λ。ZYGO干涉仪检测的面形结果参看图5（b），其检测所得全口径面形PV值（峰谷值）为0.3260λ，RMS值（均方根值）为0.037λ。

Claims (10)

1.一种高精度非球面组合干涉检测装置，其特征在于包括非球面非零位干涉检测***、位移测量干涉***和计算机数据处理模块；

非球面非零位干涉检测***，包括稳频激光器、准直扩束***、分光板、参考平面镜、压电陶瓷、成像镜、探测器、部分零位镜、非球面、夹持机构、导轨；稳频激光器出射的细光束经准直扩束***被扩束为宽光束平行光，宽光束平行光向前传播至分光板处被分为两路；其中一路经分光板反射传播至参考平面镜后原路返回作为参考波；另一路经分光板透射向前传播至部分零位镜后先会聚后发散，发散光经非球面反射后再次经过部分零位镜后，形成检测波；参考波和检测波在分光板处发生干涉，经成像镜成像于探测器处；压电陶瓷设置在参考平面镜的反面，用于移相；非球面固定在夹持机构上，夹持机构安装于导轨上，计算机数据处理模块能够驱动夹持机构沿导轨上下移动，移动距离由位移测量干涉***控制；

位移测量干涉***，包括干涉仪主机、半透半反棱镜、线性反射棱镜、测量反射镜；位移测量干涉***的主光轴与非球面非零位干涉检测***主光轴平行，测量反射镜与夹持机构固定，即测量反射镜与被测的非球面一起沿各自光轴方向移动，非球面移动距离即测量反射镜的移动距离；干涉仪主机出射的激光经半透半反棱镜后，一部分经半透半反棱镜反射至线性反射棱镜，被反射回半透半反棱镜；另一部分经半透半反棱镜透射至测量反射镜，同样被反射回半透半反棱镜，两束反射光发生干涉；

计算机数据处理模块，包括导轨驱动控制单元、干涉图采集处理单元、回程误差校正单元、子孔径拼接单元；干涉图采集处理单元与探测器相连接，探测器采集到的图像经干涉图采集处理单元处理后，输出至回程误差校正单元，再经过子孔径拼接单元，能得到全口径面形信息。

2.如权利要求1所述的一种高精度非球面组合干涉检测装置，其特征在于所述的导轨驱动控制单元通过位移测量干涉***的干涉条纹计数对导轨的移动进行闭环反馈控制；干涉图采集处理单元的输入为探测器采集到各子孔径干涉图，输出为各子孔径返回波前相位；回程误差校正单元的输入为各子孔径返回波前相位，输出为各个子孔径面形信息；各个子孔径面形信息经子孔径拼接单元后能得到全口径面形信息；

所述的测量反射镜能够沿光轴方向移动，其移动距离直接表现为两束反射光干涉条纹的变化，通过干涉条纹计数能精确测量其移动距离；干涉仪主机直接与计算机数据处理模块中导轨驱动控制单元连接，通过导轨驱动控制单元实时显示被测非球面的移动距离。

3.一种使用权利要求1所述装置的高精度非球面组合干涉检测方法，其特征在于具体包括如下步骤：

步骤1.选择部分零位镜，搭建高精度非球面组合干涉检测装置；

步骤2.***建模，并划分子孔径；

步骤3.检测装置中非球面的定位；

步骤4.子孔径干涉图采集处理；

步骤5.子孔径回程误差校正；

步骤6.全口径面形拼接。

4.如权利要求3所述的一种高精度非球面组合干涉检测方法，其特征在于步骤2具体如下：

2-1.根据检测装置中非球面非零位干涉检测***的具体器件的参数，在光线追迹软件中对非球面非零位干涉检测***进行建模；

2-2.***建模完成后，在***模型中进行环带子孔径划分

2-2-1.首先确定中心环带宽度，通过***模型中非球面的试探性移动，进行光线追迹并计算非球面返回波前的斜率，直至非球面中心某一圆形区域返回的波前斜率小于等于Nyquist采样频率，从而确定该圆形区域为中心环带；

2-2-2.对于***环带，先以上一环带的上边界为该环带的下边界，通过步骤2-2-1中的试探性移动方法确定该环带的上边界，获得临时的环带宽度，再确定该环带与前一环带重叠区大小。

5.如权利要求4所述的一种高精度非球面组合干涉检测方法，其特征在于所述的具体器件的参数包括：稳频激光器出射的激光波长，准直扩束***的通光口径及放大倍数，分光板的口径及厚度，参考平面镜的口径，成像镜的口径和表面曲率半径以及厚度，部分零位镜的口径和表面曲率半径以及厚度，被测非球面的名义面形方程和口径；所述的光线追迹软件为Zemax软件，是由美国Radiant Zemax公司开发的光学设计软件；所述的重叠区宽度设置为该环带宽度的0.25倍，能够确定该环带新的下边界，进而通过2-2-1中的试探性移动方法重新确定上边界，依次类推，直至某一子孔径上边界超过被测面口径。

6.如权利要求3所述的一种高精度非球面组合干涉检测方法，其特征在于步骤3具体如下：

根据***模型中各个环带子孔径对应的非球面与部分零位镜间距，检测装置中非球面进行定位，具体包括测量中心环带时非球面的定位和测量***环带时非球面的定位；测量中心环带时，能够通过波前的离焦系数对比法进行精确定位；测量***环带时，能够根据位移测量干涉***精确控制此时非球面与测量中心环带时非球面位置的相对移动量进行定位；

所述的离焦系数对比法，即***模型中非球面返回波前的离焦系数实际探测器接收波前的离焦系数的对比；其中，***模型中非球面返回波前的离焦系数为光线追迹软件Zemax自带；实际探测器接收波前的离焦系数可通过干涉图采集处理单元对干涉图解调，并对解调所得的波前进行Zernike多项式拟合得到；在装置中不断移动非球面，直至二者的离焦系数一致，则认为此时非球面定位准确。

7.如权利要求3所述的一种高精度非球面组合干涉检测方法，其特征在于步骤4具体如下：通过干涉图采集处理单元采集各个环带子孔径干涉图，并利用相移算法进行干涉图相位解调，得到实验中探测器接收到的各环形子孔径返回波前相位。

8.如权利要求3所述的一种高精度非球面组合干涉检测方法，其特征在于步骤5具体如下：

在***模型中，采集非球面位于每一子孔径测量位置时探测器接收到的的理论环带波前数据，设某一环带子孔径返回的理论波前数据为W,则W可表示为：

W＝W_ret,              (1)

其中W_ret即为该环带子孔径的回程误差；步骤4中所得实验中该子孔径返回波前数据W′表示为：

W′＝2W_asp+W_ret+W_adj,              (2)

其中W_asp表示子孔径面形，W_adj表示调整误差；由（2）式减去（1）式可校正子孔径回程误差，

W′-W＝2W_asp+W_adj,                  (3)

从而得到环形子孔径区域的面形信息，

$W_{\mathrm{asp}}=\frac{1}{2}[(W^{\′}-W)-W_{\mathrm{adj}}],---\left(4\right).$

9.如权利要求3所述的一种高精度非球面组合干涉检测方法，其特征在于步骤6具体如下：在子孔径拼接单元中，利用全局拼接算法，剔除***子孔径与中心子孔径的相对调整误差，并拼接各个环形子孔径数据成为连续面形数据；再将拼接所得的连续面形数据拟合为Zernike多项式形式ΣB_iZ_i,i＝1,2,…,37，式中，B_i和Z_i分别为第i项拟合系数和第i项Zernike多项式；剔除前四项系数：位移项系数B₁，x方向倾斜项系数B₂，y方向倾斜项系数B₃，离焦项系数B₄，从而校正中心子孔径的调整误差，得到被测非球面全口径面形。

10.如权利要求3所述的一种高精度非球面组合干涉检测方法，其特征在于所述的步骤4和步骤3是交叉进行的，即一次非球面定位对应一次干涉图采集处理。

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