子孔径拼接干涉检测光学平面方法的研究
利用子孔径拼接法测量大口径凸面反射镜
利用子孔径拼接法测量大口径凸面反射镜王孝坤【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2013(034)001【摘要】On the basis of summing up conventional testing methods for convex mirror, a novel method for testing convex surfaces by subaperture stitching interferometry (SSI) was proposed. A sphere mirror is used as the reference surface, the phase distribution of each subaperture can be measured by the digital wavefront interferometer, and the full aperture surface map can be calculated by stitching several subapertures. The basic principle and theory of SSI were researched, and the stitching processing and prototype for testing convex spheres were devised and developed. A convex SiC sphere with the aperture of 300 mm was tested by SSI with 9 subapertures. For the validation, the sphere was also tested by large interferometer and beam expander, and the peak-valley(PV) and root-mean-square(RMS) residual errors between them were 0. 102 A and 0. 009 A, respectively(λ = 632. 8 nm).%在简要分析各种检测大口径凸球面方法优缺点的基础上,提出了利用子孔径测量凸面反射镜的新方法,利用干涉仪标准球面波前依次干涉测定大口径镜面上各个区域的相位分布,通过子孔径拼接算法即可求解得到镜面全口径面形信息.对该方法的基本原理和实现步骤进行了分析和研究,建立了大口径拼接检测算法数学模型,设计并研制了大口径反射镜拼接检验装置.结合实例对加工过程中的口径为300 mm的碳化硅凸面反射镜进行了9个子孔径的拼接干涉测量,并将检测结果与全口径面形测量结果进行对比,两种方法残差的PV值和RMS 值分别为0.102 λ和0.009 λ(λ=632.8 nm).【总页数】6页(P95-100)【作者】王孝坤【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室,吉林长春130033【正文语种】中文【中图分类】TN247;O436.1【相关文献】1.以环形子孔径扫描法测量大口径非球面的研究 [J], 侯溪;伍凡;吴时彬;陈强2.子孔径拼接法检验大口径光学镜面精度分析 [J], 张明意;李新南3.利用环形子孔径拼接法检测非球面反射镜 [J], 李江;杨朋利;李文婷;王芝;安静;冯婕;马爱秋;付晓庆4.基于子孔径拼接法测量高精度反射镜 [J], 郑立功5.子孔径拼接法检测大口径光学镜面的精度分析 [J], 杨晓洪;高必烈因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
采用立体视觉实现子孔径拼接测量的工件定位
采用立体视觉实现子孔径拼接测量的工件定位张鹏飞;赵宏;周翔;李进军【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2010(018)002【摘要】为了实现大口径光学元件的子孔径拼接干涉测量,提出了采用立体视觉进行光学元件位姿测量的方法,建立了基于双目视觉的子孔径拼接测量系统.介绍了圆形子孔径拼接干涉测量的原理,基于齐次坐标变换分析了其对工件定位的要求;引入了立体视觉辅助测量系统,建立了通用测量模型,利用双目视觉获取不同子孔径测量时与工件刚性连接的特征点的三维全局坐标,在完成全部子孔径测量后利用四元数法求取各子孔径相对于全局坐标系的转换矩阵,然后利用优化拼接算法将各子孔径数据统一到全局坐标系下,完成大口径光学元件的全局测量.最后利用该系统实现了对口径为150 mm平面和100 mm球面的检测.实验结果证明,在本系统中,立体视觉系统平移定位精度优于0.1 mm,转动测量精度优于0.01°,可为优化拼接算法提供一个有效的初始值,该方法能够快速给出各子孔径间的相对坐标变换且不产生误差累积方法简单且可靠.【总页数】9页(P503-511)【作者】张鹏飞;赵宏;周翔;李进军【作者单位】西安交通大学,机械制造系统工程国家重点实验室,陕西,西安,710049;西安交通大学,机械制造系统工程国家重点实验室,陕西,西安,710049;西安交通大学,机械制造系统工程国家重点实验室,陕西,西安,710049;西安交通大学,机械制造系统工程国家重点实验室,陕西,西安,710049【正文语种】中文【中图分类】TP391;TB92【相关文献】1.子孔径拼接干涉的快速调整及测量 [J], 郭福东;唐锋;卢云君;王向朝2.平面子孔径拼接测量研究 [J], 丁凌艳;戴一帆;陈善勇3.基于子孔径拼接法测量高精度反射镜 [J], 郑立功4.利用子孔径拼接法测量大口径凸面反射镜 [J], 王孝坤5.基于光纤干涉投影的子孔径拼接测量方法 [J], 相超;王道档;窦进超;孔明;刘璐;许新科因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
平面光学元件波前检测方法 斐索干涉法标准
平面光学元件波前检测方法斐索干涉法标准标题：探索平面光学元件波前检测方法：从斐索干涉法到标准化引言：平面光学元件波前检测方法在光学领域中扮演着重要的角色。
其中，斐索干涉法作为一种常用的波前检测方法，为我们提供了有力的工具来评估和优化光学元件的性能。
本文将深入介绍斐索干涉法以及其在波前检测中的应用，并讨论标准化对于提高方法的可靠性与应用广度的重要性。
一、斐索干涉法原理及应用1.1 斐索干涉法的原理斐索干涉法最早由法国物理学家斐索（Léon Foucault）于19世纪中叶提出。
它基于干涉原理，通过将被测光学元件放置在一个与光束交叉的平面上，利用干涉图案的出现来分析光学元件的影响。
斐索干涉法通过观察干涉图案的变化，可以揭示出光学元件的波前形貌、表面形状、光学误差等关键信息。
1.2 斐索干涉法的应用斐索干涉法被广泛应用于光学元件的表面质量评估、透镜设计、光学系统调试等领域。
它不仅可以用于定性分析，还可以结合其他测量方法，如Zernike多项式分析、像差分析等，进行定量评估。
斐索干涉法作为一种非接触、高精度的波前检测方法，为光学领域的研究和应用提供了有力支持。
二、标准化的重要性与挑战2.1 标准化的优势随着光学元件波前检测方法的发展，标准化成为确保方法可靠性和可复制性的关键。
通过制定统一的标准，可以减少不同实验室、不同研究者之间的结果差异，提高数据的比对和共享的可信度。
标准化不仅有助于研究成果的验证和重现，还为光学元件制造商提供了一个量化评估产品性能的依据。
2.2 标准化面临的挑战标准化光学元件波前检测方法面临着多个挑战。
不同光学元件的形状和特性多样，需要针对不同类型元件制定不同的标准。
不同仪器和测量技术的差异也会导致结果的不一致性，因此需要建立统一的校准方法。
标准化还需要考虑波前检测的精度、灵敏度以及适用范围等方面的需求，以保证标准的实用性和有效性。
三、个人观点与理解对于平面光学元件波前检测方法，我认为使用斐索干涉法可以从根本上揭示出光学元件的质量和性能。
采用立体视觉实现子孔径拼接测量的工件定位
第 ２ 期
光 学 精 密工 程
Ｏ ｐ ｉ ｎ ｅ ｉ ｉｎ Ｅｎ ｎｅ ｒｎ ｔｃｓａ ｄ Ｐｒ ｃｓｏ ｇｉ ｅ ｉｇ
Ｖ ｏ ． ８ Ｎ ． 】１ Ｄ２ Ｆｅ ． ２ １ ｂ ００
２１ ０ ０年 ２月
文章 编 号
１０ —２ Ｘ ０ ０ — ５ ３０
ｗｏ ｋ ｐ ｅ ｅ ｌ ｃ ｌ ａ ｉ ｎ ｉ ａ ａ ｙ ｅ ．Ｔｈ ｎ，ｔ ｅ ｓ ｅ ｅ ｉｉ ｎ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ｓ ｓ ｅ ｉ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ａ ｄ ｉｓ ｒ — ｉｃ ｏ ａ ｉ ｔ ｓ ｎ ｌ ｚ ｄ ｚ ｏ ｅ ｈ ｔ ｒ ｏ ｖ ｓｏ ａ ｕ ｅ ｎ ｙ ｔ ｍ ｓｉ ｔ ｏ ｕ ｅ ｎ ｔ ｍ ｅ ｓ ｒｎ ｄ ｌｉ ｅ ｔ ｂ ｉｈ ｄ Ａｆｅ ｈ ｔ ｈ ｒ ｅ ｏ ｎ ｓ Ｄ ｃ ｏ ｄ ｎ ｔ ｓｗｈ ｃ ｒ ｉ ｉ ｌ ｏ — ａ ｕ ｉ ｇ ｍｏ ｅ ｓ ｓ ａ ｌ ｅ ． ｓ ｔ ｒｔ ａ ，ｔ ｅ ｍａ ｋ ｄ ｐ ｉ ｔ ’３ ｏ ｒ ｉ ａ ｅ ｉｈ ａ ｅ ｒｇ ｄ ｙ ｃ ｎ ｎ ｃ ｅ ｔ ｈ ｐ ｉｓ ｕ ｄ ｒｔ ｓ ｒ ｂ ａｎ ｄ ａ ｄ ｔ ｅｔ ａ ｓ ｏ ｍａ ｉｎ ｍ ａ ｒｘ ｉ ｓ ｌ ｅ ｕ ｙ ｔ ｅ ｑ ａ ｅ ｔ ｄ ｗｉｈ ｔ ｅ ｏ ｔｃ ｎ ｅ ｅ ｔａ ｅ ｏ ｔ ｉ ｅ ｎ ｈ ｒ ｎ ｆ ｒ ｔ ｔ ｉ ｓ ｏ ｖ ｄ ｏ ｔｂ ｈ ｕ — ｏ
特 征点 的三 维 全 局 坐标 ， 完 成 全 部 子孔 径 测 量 后 利 用 四元 数 法 求取 各 子 孔 径 相 对 于 全 局 坐 标 系 的 转换 矩 阵 ， 后 利 用 在 然
优化 拼 接 算 法 将 各 子孔 径 数 据 统 一 到 全 局 坐 标 系 下 ， 成 大 口径 光 学 元 件 的 全 局 测 量 。最 后 利 用 该 系 统 实 现 了对 口径 完
光学测试技术光学干涉测量技术
§4.1 干涉测量基础
样板本身也有误差，这种误差必然会影响到检测结果。下表给
出了基准样板精度等级的划分办法。在光学图纸上，基准样板精 度等级以符号ΔR表示。由于被测面曲率半径和样板曲率半径存在 差异ΔR’，使两者之间存在一定的空气隙厚度。空气隙厚度越大， 光圈数就越多。根据简单的数学推导，可以得到：
的矢高（波高）为Power。当最接近球面为会聚波前时，Power取
正值；当最接近球面为发散波前时，Power取负值。可见，Power
越小，波前的准直性越高，因此将Power称为波前的离焦量。
将Power从PV移出后的剩余量用pv表示。事实上，pv更能体
现波前的极限误差。
虽然PV可以用于描述元件或系统的质量，但这种描述往往容
9
§4.1 干涉测量基础
所有干涉条纹进行强度叠加，形成视场中见到的干涉条纹。 条纹度比度直接取决于光阑大小。
如图所示。设光阑半径为rm0，应用物理光学知识可以证明：
f' rm0 2
/h
K≥90%
m0
1 2
/h
式中h是虚拟空气楔厚度。可见，为保证干涉仪的空间相干性，
采用长焦准直镜，采用尽可能相等的两臂长，减小空气楔厚度是
n 1
若测试光路中混入有杂散光，其强度均为：I' mI1
k 2 n 会导致干涉图像对比度进一步下降 1 n m
见p79图4-4
§3.1 干涉测量基础
(2)光源大小的影响及其空间相干性 干涉条纹的照度很大程度上取决于光源的尺寸。而光源的尺
寸大小又会影响到各种干涉条纹的干涉图样对比度。 平行平板的等倾干涉： 对比度与光源大小无关 杨氏干涉：只有利用狭缝限制光源尺寸，才能获得干涉条纹 楔形板形成的等厚干涉：介于上述两种情况之间。
子孔径拼接中系统误差的修正方法
子孔径拼接中系统误差的修正方法吴世霞;田爱玲;刘丙才;张鹏飞【摘要】为了提高大口径光学元件子孔径拼接测量的检测精度,提出一种平面绝对测量技术,修正子孔径拼接过程中产生的系统误差.利用改进的三面互检法获得参考平面的面形数据,采用这些测量数据构建基于Zernike多项式的参考面面形误差修正波面,在拼接过程中运用误差修正波面对获得的子孔径测量数据进行实时修正,并与全口径直接测量结果进行对比,结果PV(peak value,PV,峰谷值)误差从0.072 1λ减少到0.028 6λ.结果表明该方法有效减少了参考平面系统误差对拼接测量精度的影响,提高了大口径光学元件的检测精度.%In order to improve the detection accuracy of the measurement of large aperture optics stitching,a simple and effective absolute measurement was proposed to amend the system error of the subaperture stitching measurements.Firstly,an improved three-flat test was used to obtain the surface shape data of the reference plane and the surface error wave-front based on the Zernike polynomial was established which was used to correct the error of the sub-aperture measurement data.Then the directly measured values were compared with the full aperture surface stitching results,and the surface error peak value(DV) was reduced from 0.072 1 λ to 0.028 6 λ.The results show that the method is effective in reducing the system error that caused by the reference plane and can effectively improve the detection accuracy of the large aperture optics stitching.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2013(034)004【总页数】5页(P639-643)【关键词】光学测量;子孔径拼接;平面绝对检验;三平面互检【作者】吴世霞;田爱玲;刘丙才;张鹏飞【作者单位】西安工业大学陕西省薄膜与光学检测技术重点实验室,陕西西安710032;西安工业大学陕西省薄膜与光学检测技术重点实验室,陕西西安710032;西安工业大学陕西省薄膜与光学检测技术重点实验室,陕西西安710032;Optical Bioimaging Lab, National University of Singapore, Singapore 117574【正文语种】中文【中图分类】TN247;TH744.3引言子孔径拼接测量技术［1-3］是通过提取相邻子孔径重叠区域参考面之间的相对平移和倾斜，并将这些子孔径的参考面统一到某一指定参考面实现面形的拼接测量。
王孝坤,郑立功,张学军,张忠玉
y
2 1
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a2 x 2 +
b2y 2+
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-
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2 2
测量.
A
XX
XY
X(X 2+ Y2)
X
-1 X W
B= C
YX ( X 2+ Y2 ) X
YY (X 2+ Y2 )Y
Y( X2+ Y2) (X2 + Y2)2
Y (X2+ Y2)
YW ( X2+ Y2)W
( 6)
D
X
Y
(X2 + Y2)
N
W
3 拼接检测实验
为了验证拼接原理和数学模型的准确性, 结合实
高精度光学元件面形干涉检测技术进展(1).ppt
4.8
1.4
rmRMsS值 ((nm)nm)
rms (nm) RMS值 (nm)
4.6
1.3
4.4
1.2
4.2
1.1
4
1
3.8
0.9
3.6
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
十组(10次/组)独立组实数 验参考面结果
x 10-3 2.5
10组 数 据 泽 尼 克 系 数 平 均 值 (被 测 面 )
十组(10次/组)独立实验被测面结果 0.8
❖ 2001年，德国Carl Zeiss公司在自制的斐索型干涉仪Direct 100上运用 该技术实现了球面的绝对检测，检测精度达到了0.15nm RMS和 0.07nm 的重复性。
❖ 2002年，Nikon公司则点衍射干涉仪上运用该绝对检测技术实现了 RMS 为0.3nm的高精度面形检测。
被测球面
目录
❖ 1、概述 ❖ 2、国内外高精度面形检测技术现状和发展趋势 ❖ 3、高精度面形干涉检测技术进展 ❖ 4、结束语
1
一、概述
2
大型望远镜
空间望远镜
ICF
现代光学工程向”一大一小” 两个方向发展。
大 ❖ “大”:大口径 大相对口径 拼接 离轴非球面 轻质量 高精度 ❖ “小”:亚纳米级高精度面形 低中高频粗糙度 大型地基望远镜、空间望远镜、惯性约束聚变装置、深紫外 和极紫外投影曝光系统已经成为现代光学工程的典型代表。
❖ 随后，Ulf Griesmann等报道了一种随机球标定法的实施装置。美国亚 利桑那大学的Zhou Ping等对随机球标定法的随机误差、几何误差和 衍射误差进行了分析。