CN105423948B - 采用变形镜的拼接干涉检测非球面面形的装置 - Google Patents

采用变形镜的拼接干涉检测非球面面形的装置 Download PDF

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Abstract

采用变形镜的拼接干涉检测非球面面形的装置属于光学检测技术领域，本发明包括干涉检测***、变形镜补偿***、机械调整机构和计算机数据处理模块；具体包括如下步骤：步骤一：搭建应用变形镜的拼接干涉检测装置；步骤二：划分子孔径；步骤三：移动到待检测的子孔径位置，根据建模以及干涉条纹调整变形镜面形或折射率；步骤四：子孔径干涉图采集处理；步骤五、子孔径回程误差校正；步骤六、全口径面形拼接。本发明结合变形镜与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，增加各子孔径和重叠区域的有效面积，解决了由于重叠区很小而影响拼接精度的难题。

Description

采用变形镜的拼接干涉检测非球面面形的装置
技术领域
本发明属于光学检测技术领域，具体涉及一种采用变形镜的拼接干涉检测非球面面形的装置。
背景技术
干涉检测技术是常用的面形检测技术，它是待测面与参考面的相对检测。参考面一般都是平面或球面，用它们检测抛光后的平面和球面时不会出现较多的干涉条纹，而用球面参考面检测非球面，当非球面的斜率较大时干涉条纹密度也较多。当干涉条纹密度超过干涉仪探测器的奈奎斯特频率时，干涉条纹无法被探测器分辨，导致非球面无法被测量。针对斜率较大的非球面，采用子孔径拼接干涉检测方法，将斜率较大的非球面划分为多个小口径的子孔径，使得各子孔径中的干涉条纹可被探测分辨。
但当非球面口径斜率过大时，从中心到边缘的各子孔径可被检测的面积越来越小，此时需要较多的子孔径才能覆盖整个非球面，降低了检测效率，增加了机械误差、检测时间和数据处理量等。
发明内容
本发明的目的在于提出一种采用变形镜的拼接干涉检测非球面面形的装置，解决现有技术存在的检测效率低、机械误差大、检测时间长和数据处理量大的问题。结合变形镜技术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，增加各子孔径有效面积，解决了由于重叠区小而影响拼接精度的难题。
为实现上述目的，本发明的采用变形镜的拼接干涉检测非球面面形的装置包括变形镜补偿***、干涉检测***、机械调整机构和计算机数据处理模块；
所述计算机数据处理模块包括变形镜控制单元、多维调整台控制单元、干涉图采集处理单元、回程误差校正单元和子孔径拼接算法单元；
待检测非球面固定在所述机械调整机构上，所述干涉检测***通过变形镜补偿***补偿与待检测非球面反射光的光程差，所述干涉图采集处理单元和干涉检测***中的探测器连接；
所述干涉图采集处理单元与所述变形镜控制单元和回程误差校正单元连接，变形镜控制单元根据干涉图对变形镜的调节进行闭环反馈，控制多维调整台控制单元对多维调整台的运动进行闭环反馈控制，探测器采集到的各个子孔径干涉图经所述干涉图采集处理单元处理，得到各个子孔径返回波前相位，各个子孔径返回波前相位经回程误差校正单元得到各个子孔径面形信息，各个子孔径面形信息经子孔径拼接算法单元处理得到全口径面形信息。
所述机械调整机构包括夹持机构和多维调整台，所述待检测非球面通过夹持机构固定在所述多维调整台上。
所述干涉检测***为泰曼-格林型干涉仪或菲索型干涉仪。
采用变形镜的拼接干涉检测非球面面形的方法包括以下步骤：
步骤一：搭建采用变形镜的拼接干涉检测非球面面形的装置；
步骤二：***建模，划分子孔径，并制作各个子孔径的参考文件，具体为：
1)根据待检测非球面的最佳拟合球的曲率半径、最佳拟合球的口径、参考球面的曲率半径、参考球面的口径和子孔径重叠区域进行子孔径规划；
2)根据检测装置中非球面干涉检测***的具体器件的参数，在光学设计软件中对非球面干涉检测***进行建模，得到***模型；
3)根据步骤1)对子孔径进行的规划在步骤2)中得到的***模型中进行子孔径划分；
4)通过干涉仪检测面形误差ε已知的高精度球面，得到高精度球面面形的测量值Wsphere-test；在Zemax光学设计软件中模拟理想参考球面对高精度球面进行检测，高精度球面面形精度检测结果为Wsphere-ideal，通过公式(1)得到干涉仪***误差EI和准直镜制造装配误差EF：
EI+EF＝Wsphere-test-Wsphere-ideal-2ε (1)
5)通过***模型模拟检测理想非球面任意一个子孔径面形Wasphere-ideal；将任意一个子孔径面形Wasphere-ideal作为非球面偏离参考球面造成的误差，根据公式(2)得到子孔径的参考相位Wreference：
Wreference＝Wasphere-ideal+Wsphere-test-Wsphere-ideal-2ε (2)；
步骤三：根据子孔径划分得出检测各子孔径所需多维调整台各轴的运动量对非球面进行准确定位，并根据***模型和干涉条纹调整变形镜面形或折射率，直到干涉条纹图满足检测要求；
步骤四：通过干涉图采集处理单元采集各个子孔径干涉图，利用解包裹算法进行干涉图相位解调，得到实验中探测器接收到的各子孔径波前相位Wasphere-test；
步骤五：在根据公式(3)计算得到各个子孔径面形εasphere：
其中：Wasphere-test为子孔径波前相位
Wreference为子孔径的参考相位；
步骤六：根据步骤五中得到的各子孔径面形εasphere，通过拼接算法减少机械误差对拼接结果的影响，最终将各子孔径面形数据拼接，得出全口径面形。
所述干涉检测***为泰曼-格林型干涉仪或菲索型干涉仪。
步骤三中所述的根据***模型和干涉条纹调整变形镜面形或折射率，直到干涉条纹图满足检测要求的具体步骤为：
1)根据在光学设计软件中仿真检测得到的探测器处的泽尔尼克像差，当干涉检测***选用泰曼-格林干涉仪时，将变形镜的面形设置为泽尔尼克像差的1/2；当干涉检测***选用菲索干涉仪时，采用“倒置”的方法计算出补偿非球面所需的折射率分布，计算补偿非球面所需的相位，P为非球面上的任意一点，过P做非球面的法线，交变形镜后表面为M；光线PM经变形镜衍射后，交变形镜前表面为N，再折射最后汇聚点为F；其中变形镜的折射率为ng，周围空气的折射率为na；非球面距变形镜后表面的距离为d1，变形镜厚度为d，F距变形镜前表面的距离为d2；
根据费马原理，要使非球面上任意一点沿法线出射的光线都汇聚到点F，则有：
na|PM|+ng|MN|+na|NF|＝nad1+ngd+nad2
由公式(4)计算出变形镜折射率ng：
2)通过干涉检测***检测子孔径，得到干涉条纹图；
3)根据步骤2)中得到的干涉条纹图对变形镜进行步骤1)中的反馈调节，直到干涉条纹图满足检测要求，变形镜调节完成。
步骤六中所述的拼接算法具体为：
1)根据公式(5)计算引入补偿量后子孔径面形
其中：fk(x,y)为子孔径的补偿因式；
L为补偿因式的个数；
为步骤五得到的第i个子孔径的面形；
Fik为子孔径补偿因式的补偿系数，由公式(6)所示的最小二乘法求出各子孔径的补偿系数Fik；
其中，N为子孔径的个数；
子孔径从零开始计数，即第0个子孔径为中心子孔径；
表示仅对与第i个子孔径有重叠区域的第j个子孔径进行计算；
2)根据步骤1)得到的各个子孔径面形拼接得到全口径面形，即将所有相加，重叠区域的面形取各子孔径数据的加权平均值，权重与测量数据的准确性相关。
所述光学设计软件为Zemax软件。
本发明的有益效果为：本发明结合变形镜与子孔径拼接干涉检测法，利用变形镜产生非球面波前匹配被测面不同子孔径区域，使得检测全口径所需的子孔径数目大大减少，增加了子孔径面积，从而增加了相邻子孔径的重叠区，减少检测时间、机械误差的累积，提高检测的效率和精度。有效地解决了由于子孔径面积过低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为本发明的采用变形镜的拼接干涉检测非球面面形的装置中采用泰曼-格林型干涉仪时结构示意图；
图2为本发明的采用变形镜的拼接干涉检测非球面面形的装置中采用菲索型干涉仪时结构示意图；
图3为本发明的采用变形镜的拼接干涉检测非球面面形的方法检测流程图；
图4为本发明的采用变形镜的拼接干涉检测非球面面形的方法中子孔径规划结构示意图；
图5为本发明的采用变形镜的拼接干涉检测非球面面形的方法中变形镜面形或折射率调整结构示意图；
其中：1、稳频激光器，2、准直扩束***，3、分光棱镜，4、变形镜，5、成像镜，6、探测器，7、汇聚镜组，8、非球面，9、夹持机构，10、计算机，11、多维调整台，12、变形镜控制单元，13、多维调整台控制单元，14、干涉图采集处理单元，15、反射镜，16、标准镜，17、参考面。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明的采用变形镜的拼接干涉检测非球面面形的装置包括变形镜补偿***、干涉检测***、机械调整机构和计算机数据处理模块；
所述计算机数据处理模块包括变形镜控制单元12、多维调整台控制单元13、干涉图采集处理单元14、回程误差校正单元和子孔径拼接算法单元；
待检测非球面8固定在所述机械调整机构上，所述干涉检测***通过变形镜补偿***补偿与待检测非球面8反射光的光程差，所述干涉图采集处理单元14和干涉检测***中的探测器6连接；
所述干涉图采集处理单元14与所述变形镜控制单元12和回程误差校正单元连接，变形镜控制单元12根据干涉图对变形镜4的调节进行闭环反馈，控制多维调整台控制单元13对多维调整台11的运动进行闭环反馈控制，探测器6采集到的各个子孔径干涉图经所述干涉图采集处理单元14处理，得到各个子孔径返回波前相位，各个子孔径返回波前相位经回程误差校正单元得到各个子孔径面形信息，各个子孔径面形信息经子孔径拼接算法单元处理得到全口径面形信息。
所述机械调整机构包括夹持机构9和多维调整台11，所述待检测非球面8通过夹持机构9固定在所述多维调整台11上。
参见附图1，所述干涉检测***为泰曼-格林型干涉仪，稳频激光器1出射的细光束经准直扩束***2被扩束为宽光束平行光，宽光束平行光向前传播至分光棱镜3处被分为两路；其中一路经分光棱镜3反射传播至变形镜4后原路返回作为参考波；另一路经分光棱镜3透射向前传播至汇聚镜组7后先会聚后发散，发散光经非球面8反射后再次经过汇聚镜组7后，形成检测波。参考波和检测波干涉后经成像镜5成像于探测器6处。
参见附图2，所述干涉检测***为菲索型干涉仪，稳频激光器1出射的细光束经准直扩束***2后的光向前传播至分光棱镜3处，分光棱镜3反射传播至反射镜15，经标准镜16，一部分经参考面17反射后作为参考波，另一部分透射向前传播至变形镜4，经非球面8反射后再次经过变形镜4后，形成检测波。参考波和检测波干涉后经成像镜5成像于探测器6处。
变形镜补偿***的工作需要变形镜驱动***、干涉检测***、计算机控制***共同完成。通过干涉仪测量的干涉条纹图对变形镜4进行闭环反馈控制。变形镜补偿***主要包括变形镜4以及计算机数据处理模块中的变形镜控制单元12，根据计算机10仿真模拟结果或干涉检测***测量结果得出所需的变形镜4变形量，由计算机10控制变形镜驱动器使变形镜4变形。
机械调整机构包括多维调整台11、光栅尺等定位装置以及计算机数据处理模块中的多维调整台控制单元13。非球面8固定在夹持机构9上，夹持机构9固定于多维调整台11上。由子孔径规划给出检测各子孔径所需的待测镜位姿，计算机10能够驱动多维调整台11使夹持机构9沿x、y、z轴平移，x、y轴倾斜，绕z轴旋转，多维运动的位置可由各方向光栅尺等定位装置进行闭环反馈控制。
干涉图采集处理单元14将探测器6采集到的图像经计算机10处理后，输出结果给回程误差校正单元，然后经子孔径拼接单元得到全口径面形信息。
参见附图3，采用变形镜的拼接干涉检测非球面面形的方法包括以下步骤：
步骤一：搭建采用变形镜的拼接干涉检测非球面面形的装置；
步骤二：***建模，划分子孔径，并制作各个子孔径的参考文件，具体为：
1)根据待检测非球面8的最佳拟合球的曲率半径、最佳拟合球的口径、参考球面的曲率半径、参考球面的口径和子孔径重叠区域进行子孔径规划；
参见附图4，例如非球面8最佳拟合球、参考球面、重叠区域如下表：
子孔径分布如下：
2)根据检测装置中非球面8干涉检测***的具体器件的参数，在光学设计软件中对非球面8干涉检测***进行建模，得到***模型；
以泰曼-格林型干涉检测***为例，所述的具体器件的参数包括：稳频激光器1出射的激光波长，准直扩束***2的通光口径及放大倍数，分光棱镜3的参数，变形镜4的口径，成像镜5的口径和表面曲率半径以及厚度，被测非球面8的名义面形方程和口径；
3)根据步骤1)对子孔径进行的规划在步骤2)中得到的***模型中进行子孔径划分；
4)通过干涉仪检测面形误差ε已知的高精度球面，得到高精度球面面形的测量值Wsphere-test；在Zemax光学设计软件中模拟理想参考球面对高精度球面进行检测，高精度球面面形精度检测结果为Wsphere-ideal，通过公式(1)得到干涉仪***误差EI和准直镜制造装配误差EF：
EI+EF＝Wsphere-test-Wsphere-ideal-2ε (1)
5)通过***模型模拟检测理想非球面8任意一个子孔径面形Wasphere-ideal；将任意一个子孔径面形Wasphere-ideal作为非球面8偏离参考球面造成的误差，根据公式(2)得到子孔径的参考相位Wreference：
Wreference＝Wasphere-ideal+Wsphere-test-Wsphere-ideal-2ε (2)；
步骤三：根据子孔径划分得出检测各子孔径所需多维调整台11各轴的运动量对非球面8进行准确定位，并根据***模型和干涉条纹调整变形镜4面形或折射率，直到干涉条纹图满足检测要求；
步骤四：通过干涉图采集处理单元14采集各个子孔径干涉图，利用解包裹算法进行干涉图相位解调，得到实验中探测器6接收到的各子孔径波前相位Wasphere-test；
步骤五：在根据公式(3)计算得到各个子孔径面形εasphere：
其中：Wasphere-test为子孔径波前相位
Wreference为子孔径的参考相位；
步骤六：根据步骤五中得到的各子孔径面形εasphere，通过拼接算法减少机械误差对拼接结果的影响，最终将各子孔径面形数据拼接，得出全口径面形。
所述干涉检测***为泰曼-格林型干涉仪或菲索型干涉仪。
步骤三中所述的根据***模型和干涉条纹调整变形镜4面形或折射率，直到干涉条纹图满足检测要求的具体步骤为：
1)根据在光学设计软件中仿真检测得到的探测器6处的泽尔尼克像差，当干涉检测***选用泰曼-格林干涉仪时，将变形镜4的面形设置为泽尔尼克像差的1/2；当干涉检测***选用菲索干涉仪时，采用“倒置”的方法计算出补偿非球面8所需的折射率分布，计算补偿非球面8所需的相位，参见附图5，P为非球面8上的任意一点，过P做非球面8的法线，交变形镜4后表面为M；光线PM经变形镜4衍射后，交变形镜4前表面为N，再折射最后汇聚点为F；其中变形镜4的折射率为ng，周围空气的折射率为na；非球面8距变形镜4后表面的距离为d1，变形镜4厚度为d，F距变形镜4前表面的距离为d2；
根据费马原理，要使非球面8上任意一点沿法线出射的光线都汇聚到点F，则有：
na|PM|+ng|MN|+na|NF|＝nad1+ngd+nad2
由公式(4)计算出变形镜4折射率ng：
2)通过干涉检测***检测子孔径，得到干涉条纹图；
3)根据步骤2)中得到的干涉条纹图对变形镜4进行步骤1)中的反馈调节，直到干涉条纹图满足检测要求，变形镜4调节完成。
步骤六中所述的拼接算法具体为：
1)根据公式(5)计算引入补偿量后子孔径面形
其中：fk(x,y)为子孔径的补偿因式；
L为补偿因式的个数；
为步骤五得到的第i个子孔径的面形；
Fik为子孔径补偿因式的补偿系数，由如公式(6)所示的最小二乘法求出各子孔径的补偿系数Fik；
其中，N为子孔径的个数；
子孔径从零开始计数，即第0个子孔径为中心子孔径；
表示仅对与第i个子孔径有重叠区域的第j个子孔径进行计算；
2)根据步骤1)中得到的各个子孔径面形拼接得到全口径面形，即将所用相加，重叠区域的面形取各子孔径数据的加权平均值，权重与测量数据的准确性相关。
所述光学设计软件为Zemax软件，是由美国Radiant Zemax公司开发的光学设计软件。

Claims (7)

1.采用变形镜的拼接干涉检测非球面面形的装置，其特征在于，包括变形镜补偿***、干涉检测***、机械调整机构和计算机数据处理模块；
所述计算机数据处理模块包括变形镜控制单元(12)、多维调整台控制单元(13)、干涉图采集处理单元(14)、回程误差校正单元和子孔径拼接算法单元；
待检测非球面(8)固定在所述机械调整机构上，所述干涉检测***通过变形镜补偿***补偿与待检测非球面(8)反射光的光程差，所述干涉图采集处理单元(14)和干涉检测***中的探测器(6)连接；
所述干涉图采集处理单元(14)与所述变形镜控制单元(12)和回程误差校正单元连接，变形镜控制单元(12)根据干涉图对变形镜(4)的调节进行闭环反馈，控制多维调整台控制单元(13)对多维调整台(11)的运动进行闭环反馈控制，探测器(6)采集到的各个子孔径干涉图经所述干涉图采集处理单元(14)处理，得到各个子孔径返回波前相位，各个子孔径返回波前相位经回程误差校正单元得到各个子孔径面形信息，各个子孔径面形信息经子孔径拼接算法单元处理得到全口径面形信息；
采用变形镜的拼接干涉检测非球面面形的装置的检测方法包括以下步骤：
步骤一：搭建采用变形镜的拼接干涉检测非球面面形的装置；
步骤二：***建模，划分子孔径，并制作各个子孔径的参考文件，具体为：
1)根据待检测非球面(8)的最佳拟合球的曲率半径、最佳拟合球的口径、参考球面的曲率半径、参考球面的口径和子孔径重叠区域进行子孔径规划；
2)根据检测装置中非球面干涉检测***的具体器件的参数，在光学设计软件中对非球面干涉检测***进行建模，得到***模型；
3)根据步骤1)对子孔径进行的规划在步骤2)中得到的***模型中进行子孔径划分；
4)通过干涉仪检测面形误差ε已知的高精度球面，得到高精度球面面形的测量值Wsphere-test；在Zemax光学设计软件中模拟理想参考球面对高精度球面进行检测，高精度球面面形精度检测结果为Wsphere-ideal，通过公式(1)得到干涉仪***误差EI和准直镜制造装配误差EF：
EI+EF＝Wsphere-test-Wsphere-ideal-2ε (1)
5)通过***模型模拟检测理想非球面(8)任意一个子孔径面形Wasphere-ideal；将任意一个子孔径面形Wasphere-ideal作为非球面(8)偏离参考球面造成的误差，根据公式(2)得到子孔径的参考相位Wreference：
Wreference＝Wasphere-ideal+Wsphere-test-Wsphere-ideal-2ε (2)；
步骤三：根据子孔径划分得出检测各子孔径所需多维调整台(11)各轴的运动量对非球面(8)进行准确定位，并根据***模型和干涉条纹调整变形镜(4)面形或折射率，直到干涉条纹图满足检测要求；
步骤四：通过干涉图采集处理单元(14)采集各个子孔径干涉图，利用解包裹算法进行干涉图相位解调，得到实验中探测器(6)接收到的各子孔径波前相位Wasphere-test；
步骤五：在根据公式(3)计算得到各个子孔径面形εasphere：
其中：Wasphere-test为子孔径波前相位
Wreference为子孔径的参考相位；
步骤六：根据步骤五中得到的各子孔径面形εasphere，通过拼接算法减少机械误差对拼接结果的影响，最终将各子孔径面形数据拼接，得出全口径面形。
2.根据权利要求1所述的采用变形镜的拼接干涉检测非球面面形的装置，其特征在于，所述机械调整机构包括夹持机构(9)和多维调整台(11)，所述待检测非球面(8)通过夹持机构(9)固定在所述多维调整台(11)上。
3.根据权利要求1所述的采用变形镜的拼接干涉检测非球面面形的装置，其特征在于，所述干涉检测***为泰曼-格林型干涉仪或菲索型干涉仪。
4.根据权利要求1所述的采用变形镜的拼接干涉检测非球面面形的装置，其特征在于，所述干涉检测***为泰曼-格林型干涉仪或菲索型干涉仪。
5.根据权利要求4所述的采用变形镜的拼接干涉检测非球面面形的装置，其特征在于，步骤三中所述的根据***模型和干涉条纹调整变形镜(4)面形或折射率，直到干涉条纹图满足检测要求的具体步骤为：
1)根据在光学设计软件中仿真检测得到的探测器(6)处的泽尔尼克像差，当干涉检测***选用泰曼-格林干涉仪时，将变形镜(4)的面形设置为泽尔尼克像差的1/2；当干涉检测***选用菲索干涉仪时，采用“倒置”的方法计算出补偿非球面(8)所需的折射率分布，计算补偿非球面(8)所需的相位，P为非球面(8)上的任意一点，过P做非球面(8)的法线，交变形镜(4)后表面为M；光线PM经变形镜(4)衍射后，交变形镜(4)前表面为N，再折射最后汇聚点为F；其中变形镜(4)的折射率为ng，周围空气的折射率为na；非球面(8)距变形镜(4)后表面的距离为d1，变形镜(4)厚度为d，F距变形镜(4)前表面的距离为d2；
根据费马原理，要使非球面(8)上任意一点沿法线出射的光线都汇聚到点F，则有：
na|PM|+ng|MN|+na|NF|＝nad1+ngd+nad2
由公式(4)计算出变形镜(4)折射率ng：
2)通过干涉检测***检测子孔径，得到干涉条纹图；
3)根据步骤2)中得到的干涉条纹图对变形镜(4)进行步骤1)中的反馈调节，直到干涉条纹图满足检测要求，变形镜(4)调节完成。
6.根据权利要求1所述的采用变形镜的拼接干涉检测非球面面形的装置，其特征在于，步骤六中所述的拼接算法具体为：
1)根据公式(5)计算引入补偿量后子孔径面形
其中：fk(x,y)为子孔径的补偿因式；
L为补偿因式的个数；
为步骤五得到的第i个子孔径的面形；
Fik为子孔径补偿因式的补偿系数，由如公式(6)所示的最小二乘法求出各子孔径的补偿系数Fik；
其中：N为子孔径的个数；
子孔径从零开始计数，即第0个子孔径为中心子孔径；
表示仅对与第i个子孔径有重叠区域的第j个子孔径进行计算；
2)根据步骤1)中得到的各个子孔径面形拼接得到全口径面形，即将所用相加，重叠区域的面形取各子孔径数据的加权平均值。
7.根据权利要求1所述的采用变形镜的拼接干涉检测非球面面形的装置，其特征在于，所述光学设计软件为Zemax软件。
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Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105423948B (zh) * 2015-12-14 2018-10-16 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 采用变形镜的拼接干涉检测非球面面形的装置
CN105783780B (zh) * 2016-04-29 2018-10-26 浙江大学 一种自由曲面非常规子孔径拼接干涉检测装置与方法
CN106091978B (zh) * 2016-06-01 2019-02-19 西安工程大学 斜入式激光干涉法测量中干涉条纹图像的拼接方法
WO2018068199A1 (zh) * 2016-10-11 2018-04-19 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 非球面补偿器透射波前方程的测量装置和方法
WO2018068225A1 (zh) * 2016-10-12 2018-04-19 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种旋转轴对称曲面面形误差的测量装置及测量方法
CN107782254B (zh) * 2017-09-29 2019-05-21 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种混合补偿式子孔径拼接面形检测方法
CN107796334A (zh) * 2017-11-29 2018-03-13 许昌学院 一种非球面光学元件的面形检测***
CN108267094B (zh) * 2018-01-12 2020-04-14 暨南大学 一种基于旋转cgh的非圆柱面干涉拼接测量***及方法
CN109506589B (zh) * 2018-12-25 2020-07-28 东南大学苏州医疗器械研究院 一种基于结构光场成像的三维轮廓测量方法
CN109798840A (zh) 2019-02-26 2019-05-24 中国科学院光电技术研究所 在拼接干涉仪中检测透镜面形的检测装置
CN110109230B (zh) * 2019-05-24 2020-07-28 西安交通大学 一种非球面类复杂曲面工件的智能化拼接装配方法
CN110243306B (zh) * 2019-07-22 2024-06-11 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 基于机器人的平面面形子孔径拼接干涉测量装置及方法
CN110332883B (zh) * 2019-07-22 2021-03-30 中国科学院上海光学精密机械研究所 斐索干涉仪回程误差的消除方法
CN110487212B (zh) * 2019-08-02 2021-04-16 中北大学 一种基于涡旋光螺旋相位相移干涉检测物体面型装置
CN110779443B (zh) * 2019-11-04 2021-04-02 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所 基于干涉原理的拼接镜面用边缘传感器及其工作方法
CN111623957B (zh) * 2020-05-11 2022-03-25 中国科学院光电技术研究所 一种用于x射线聚焦镜拼接干涉检测的点云配准拼接方法
CN111811429B (zh) * 2020-07-14 2021-04-20 北京理工大学 一种子孔径拼接干涉测量方法和装置
CN111895934B (zh) * 2020-07-31 2021-07-16 北京理工大学 一种光学元件表面局部陡度面形误差干涉测量方法及装置
CN113029022B (zh) * 2021-02-25 2022-11-29 中国人民解放军国防科技大学 透明半球壳体零件的形位误差干涉测量装置与方法
CN113091638B (zh) * 2021-03-25 2022-06-28 中国科学院光电技术研究所 一种标定干涉法测量面形中的回程误差的装置及方法
CN113091644B (zh) * 2021-06-09 2021-09-07 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 基于层叠相干衍射成像的大口径光学元件面形检测方法
CN113465539B (zh) * 2021-07-06 2024-03-19 上海大学 一种基于子孔径干涉拼接的自动化圆柱度测量装置及方法
CN115790442B (zh) * 2022-11-15 2024-05-14 南京理工大学 一种基于大口径微位移调整架的干涉测量方法
CN116577931B (zh) * 2023-07-14 2023-09-22 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 基于仪器传递函数的光学元件拼接检测方法
CN117249912B (zh) * 2023-11-20 2024-02-13 苏州致将智能光电有限公司 大口径光学元件的检测方法及***

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103776389A (zh) * 2014-01-10 2014-05-07 浙江大学 一种高精度非球面组合干涉检测装置与方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3495861B2 (ja) * 1996-11-05 2004-02-09 キヤノン株式会社 非球面形状測定方法及び装置
JP2002267426A (ja) * 2001-03-12 2002-09-18 Canon Inc 形状測定装置及び測定方法
JP4917088B2 (ja) * 2005-04-05 2012-04-18 キューイーディー・テクノロジーズ・インターナショナル・インコーポレーテッド 非球形表面の高分解能の精密測定方法
CN100580407C (zh) * 2005-10-31 2010-01-13 中国科学院光电技术研究所 一种大口径深型非球面镜检测***
CN100567932C (zh) * 2008-05-28 2009-12-09 中国科学院光电技术研究所 扇形离轴非球面镜拼接测量***
CN101709955B (zh) * 2009-11-24 2011-02-23 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 子孔径拼接干涉检测光学非球面面形的装置
CN102506750A (zh) * 2011-10-28 2012-06-20 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 部分补偿非球面反射镜面形检测方法
JP6000577B2 (ja) * 2012-03-09 2016-09-28 キヤノン株式会社 非球面計測方法、非球面計測装置、光学素子加工装置および光学素子の製造方法
CN102661719B (zh) * 2012-04-16 2014-03-26 中国人民解放军国防科学技术大学 用于非球面子孔径拼接测量的近零位补偿器及面形测量仪和测量方法
CN105423948B (zh) * 2015-12-14 2018-10-16 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 采用变形镜的拼接干涉检测非球面面形的装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103776389A (zh) * 2014-01-10 2014-05-07 浙江大学 一种高精度非球面组合干涉检测装置与方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张敏.《子孔径拼接检测技术的研究》.《中国博士学位论文全文数据库 基础科学辑》.2015,(第9期),正文第61、62、75、83、87页. *

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