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申请/专利权人：中国人民解放军国防科技大学

摘要：本发明公开了一种平面绝对面形波面干涉检测装置及其应用方法，本发明平面绝对面形波面干涉检测装置包括波面干涉仪、平面镜头、被测平面镜、转台、直线平移台、角度测量传感器、X向角度传感器反射镜、Y向角度传感器反射镜；本发明方法包括根据角度测量传感器测量X向角度传感器反射镜或Y向角度传感器反射镜的角度以确定直线平移台运动前后的偏航角度变化。本发明旨在实现针对被测平面镜实现平面绝对面形波面干涉检测以保证对被测平面镜的检测精度，具有无理论误差、可同步分离离焦和像散等二阶项误差、像素级高分辨率、仅需2自由度运动、仅需4个不同位置测量结果、装置简单的优点。

主权项：1.一种平面绝对面形波面干涉检测装置的应用方法，其特征在于，所述平面绝对面形波面干涉检测装置包括波面干涉仪（1）、平面镜头（2）、被测平面镜（3）、转台（4）、直线平移台（5）、角度测量传感器（6）、X向角度传感器反射镜（7）、Y向角度传感器反射镜（8）；所述平面镜头（2）安装于波面干涉仪（1）上，所述被测平面镜（3）安装在转台（4）上，所述转台（4）安装在直线平移台（5）上，所述被测平面镜（3）与平面镜头（2）平行，所述转台（4）的回转轴线与平面镜头（2）垂直，所述直线平移台（5）运动轴线与平面镜头（2）平行且与波面干涉仪（1）图像传感器的像素行平行，所述角度测量传感器（6）出射光束与直线平移台（5）运动轴线平行，所述X向角度传感器反射镜（7）与角度测量传感器（6）的出射光束垂直，所述Y向角度传感器反射镜（8）与X向角度传感器反射镜（7）之间夹角为90度；所述的应用方法包括利用角度测量传感器（6）测量X向角度传感器反射镜（7）或Y向角度传感器反射镜（8）的角度，以确定直线平移台（5）运动前后的偏航角度变化，包括：S101，当所述转台（4）和直线平移台（5）位于指定的初始位置时，使用波面干涉仪（1）和平面镜头（2）对被测平面镜（3）实施包括直线运动滚转角和直线运动直线度的面形测量得到结果，并采用角度测量传感器（6）测量X向角度传感器反射镜（7）得到直线运动偏航角α1；S102，驱动直线平移台（5）平移距离L1，该距离L1为干涉仪光电成像器件单像素对应的被测平面镜（3）的尺寸的s1倍，s1为正整数，使用波面干涉仪（1）和平面镜头（2）对被测平面镜（3）实施包括直线运动滚转角和直线运动直线度的面形测量得到结果，并采用角度测量传感器（6）测量X向角度传感器反射镜（7）得到直线运动偏航角α2；S103，驱动直线平移台（5）沿X轴平移距离−L1，使被测平面镜（3）返回初始位置，并驱动转台（4）绕转轴旋转90度，使用波面干涉仪（1）和平面镜头（2）对被测平面镜（3）实施包括直线运动滚转角和直线运动直线度的面形测量得到结果，并采用角度测量传感器（6）测量Y向角度传感器反射镜（8）得到直线运动偏航角α3；S104，驱动直线平移台（5）沿X轴平移距离L2，该距离L2为干涉仪光电成像器件单像素对应的被测平面镜（3）的尺寸的s2倍，s2为正整数，且L1≠L2；使用波面干涉仪（1）和平面镜头（2）对被测平面镜（3）实施包括直线运动滚转角和直线运动直线度的面形测量得到结果，并采用角度测量传感器（6）测量Y向角度传感器反射镜（8）得到直线运动偏航角α4；所述利用角度测量传感器（6）测量X向角度传感器反射镜（7）或Y向角度传感器反射镜（8）的角度，以确定直线平移台（5）运动前后的偏航角度变化之后，还包括根据直线平移台（5）运动前后的偏航角度变化基于平移旋转和角度监控的绝对检测以获得分离了参考面面形误差的被测平面镜绝对面形结果，包括：S201，构建4次测量的结果D1～D4的测量结果面形矩阵与被测面面形矩阵、参考面面形矩阵、直线运动偏航角误差产生的像差矩阵、直线运动滚转角误差产生的像差矩阵、直线运动直线度误差产生的像差矩阵、直线运动偏航角、直线运动滚转角、直线运动直线度之间的方程，分别得到方程（F1）～（F4）： ，（F1） ，（F2） ，（F3） ，（F4）其中，为参考面面形矩阵，参考面面形矩阵有ny行nx列，为在x方向偏移s1得到的结果，为在x方向偏移s2得到的结果，为被测面面形矩阵，被测面面形矩阵有ny行nx列，为逆时针旋转90度得到的矩阵，有nx行ny列，a1～a4分别为第1～4次测量的直线运动偏航角系数，直线运动偏航角系数为标量，第i个直线运动偏航角系数ai与第i次测量的直线运动偏航角αi的关系为ai=res×tanαi，res为每像素代表的尺寸，b1～b4分别为第1～4次测量的直线运动滚转角系数，直线运动滚转角系数为标量，c1～c4分别为第1～4次测量的直线运动直线度系数，直线运动直线度系数均为标量，为直线运动偏航角误差产生的像差矩阵，矩阵规模大小为ny×nx；为直线运动滚转角误差产生的像差矩阵，矩阵规模大小为ny×nx；为直线运动直线度误差产生的像差矩阵，矩阵规模大小为ny×nx；S202，根据下式将方程（F1）等价转化为方程（F1'）： ，（F1'）上式中，为在x方向偏移s1得到的结果，为在x方向偏移s1得到的结果；将方程（F3）等式两边矩阵顺时针旋转90度并变换得到方程（F3'）： ，（F3'）上式中，为顺时针旋转90度后得到的结果，上标中的T表示旋转90度算子；再根据下式将方程（F3'）转换为方程（F3"）： ，（F3"）上式中，为顺时针旋转90度后再进行位移转换得到的结果，为顺时针旋转90度得到的结果，为在y方向偏移s2得到的结果；根据下式将方程（F4）等式两边矩阵顺时针旋转90度并进一步变换为方程（F4'）： ，（F4'）S203，将方程（F1'）的等式左右两边减去方程（F2）的等式左右两边，得到方程（F5）： ，（F5）将方程（F5）中矩阵各元素按行展开成一列，得到方程（F5'）； ，（F5'）上式中，为中矩阵各元素按行展开成的列向量，向量规模大小有行1列；Px，Gx由根据方程（F5）和方程（F5'）的矩阵元素间对应关系得到的关系矩阵，关系矩阵Px有行nynx列，关系矩阵Gx有行9列；r为被测面面形矩阵中的各元素按行展开成的列向量，r向量规模大小为；向量，向量t的规模大小为9×1；将方程（F1）的等式左右两边减去方程（F3）的等式左右两边，得到下式所示的方程（F6）： ，（F6）并将方程（F6）中矩阵各元素按行展开成一列，得到方程（F6'）： ，（F6'）上式中，d90为中矩阵各元素按行展开成的列向量，列向量d90有nynx行1列；P90，G90由根据方程（F6）和方程（F6'）的矩阵元素间对应关系得到的关系矩阵；关系矩阵P90有nynx行nynx列，关系矩阵G90有nynx行9列；将方程（F3"）的等式左右两边减去方程（F4'）等式左右两边，得到方程（F7）： ，（F7）将方程（F7）中矩阵各元素按行展开成一列，得到方程（F7'）： ，（F7'）上式中，dy为[D3x,y+s2]T−[D4x,y]T中矩阵各元素按行展开成的列向量，dy有ny-s2nx行1列；Py，Gy由根据方程（F7）和方程（F7'）的矩阵元素间对应关系得到的关系矩阵，关系矩阵Py有ny-s2nx行nynx列，关系矩阵Gy有ny-s2nx行9列；S204，将方程（F5'）、方程（F6'）以及方程（F7'）联立得到方程（F8）： ，（F8）上式中，d、P、G为联立得到的矩阵，且有： ，，，其中，矩阵d有行1列，矩阵P有行nynx列，矩阵G有行9列；S205，将方程（F8）中组合矩阵G中各个元素的第1列和第7列取出作为矩阵Ga、剩余列作为矩阵Gre，将向量中元素a2和a4取出，将剩余元素记为tre，并设置向量中的元素和元素，其中res为干涉仪每像素对应的镜面尺寸，res的单位与组合矩阵d中的单位一致，α1～α4分别为第1～4次测量的直线运动偏航角，得到组合矩阵方程（F9）： ，（F9）S206，将组合矩阵方程（F9）转换为下式所示的方程（F10）： ，（F10）对方程（F10）进行最小二乘求解得到被测面面形矩阵R中的各元素按行展开成的列向量r，将被测面面形矩阵R中的各元素按行展开成的列向量r重组为被测面面形矩阵R，从而得到分离了参考面面形误差的被测平面镜绝对面形结果。

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百度查询： 中国人民解放军国防科技大学 一种平面绝对面形波面干涉检测装置及其应用方法