[发明专利]平面面形子孔径拼接干涉测量装置和测量方法

权利要求书

1.一种平面面形子孔径拼接干涉检测装置，其特征在于，包括：干涉仪(3)、干涉仪拼接位移台(1)、干涉仪倾斜调整台(2)、被测件拼接位移台(4)、被测件倾斜调整台(5)、被测件(6)、支撑平台(7)和控制系统(8)；

所述的干涉仪(3)包含平面标准镜(3-2)和标准镜倾斜调整架(3-1)；所述的平面标准镜(3-2)的参考面所在平面为XY平面，所述的干涉仪(3)输出的准直光束的方向为Z方向，XY平面与Z方向垂直，X方向与Y方向在XY平面内相互垂直；

所述的干涉仪拼接位移台(1)是沿X方向运动的一维线性电动位移台；所述的干涉仪倾斜调整台(2)是具有绕X和Y方向旋转微调节功能的二维电动倾斜调节台；

所述的被测件拼接位移台(4)是沿Y方向运动的一维线性电动位移台；所述的被测件倾斜调整台(5)是具有绕X和Y方向旋转微调的二维电动倾斜调节台；

所述的干涉仪倾斜调整台(2)安装在干涉仪拼接位移台(1)的工作台面上；所述的干涉仪(3)安装在所述的干涉仪倾斜调整台(2)上；所述的被测件倾斜调整台(5)安装在所述的被测件拼接位移台(4)上；所述的干涉仪拼接位移台(1)和被测件拼接位移台(4)安装在所述的支撑平台(7)上；所述的平面标准镜(3-2)安装在所述的标准镜倾斜调整架(3-1)上；所述的干涉仪(3)的出射光垂直入射在被测件(6)的待测面上；所述的干涉仪拼接位移台(1)和被测件拼接位移台(4)通过组合线性移动，所述的干涉仪(3)的测量光斑覆盖被测件(6)的待测面全口径；

所述的控制系统(8)包括计算机及配套驱动控制电路，所述的控制系统(8)分别通过电缆与所述的干涉仪(3)、干涉仪拼接位移台(1)、干涉仪倾斜调整台(2)、被测件拼接位移台(4)、被测件倾斜调整台(5)连接并控制其工作。

2.利用权利要求1所述的平面面形子孔径拼接干涉检测装置进行大口径平面面形拼接的测量方法，其特征在于该方法包含下述步骤：

1)将所述的被测件(6)置于所述的被测件拼接位移台(4)上，使所述的被测件(6)的待测面与所述的平面标准镜(3-2)的参考面相对，调节所述的标准镜倾斜调整架(3-1)，使所述的平面标准镜(3-2)的参考面与所述的干涉仪(3)的输出光垂直；

2)调节所述的干涉仪拼接位移台(1)，使所述的平面标准镜(3-2)位于所述的被测件(6)的X方向的第1个拼接测量位置；

3)调节所述的被测件拼接位移台(4)，使所述的平面标准镜(3-2)位于所述的被测件(6)的Y方向的第1个拼接测量位置；

4)调节所述的被测件倾斜调整台(5)，使所述的干涉仪(3)观测到干涉条纹，并且干涉条纹最少；所述的控制系统(8)控制所述的干涉仪(3)对所述的被测件(6)的第1子孔径面形进行测量，所述的干涉仪(3)测量结果即为该子孔径面形数据S_1,1，S_1,1第1个下标1表示该子孔径是X方向第1个拼接测量位置，S_1,1第二个下标1表示该子孔径是Y方向第1个拼接测量位置；所述的干涉仪(3)将测量结果送所述的控制系统(8)，所述的控制系统(8)保存该子孔径面形数据S_1,1；

5)所述的控制系统(8)控制所述的被测件拼接位移台(4)移动，使所述的被测件(6)Y方向的下一个拼接测量位置对准所述的干涉仪(3)；所述的控制系统(8)控制所述的干涉仪(3)，对被测件(6)的该子孔径面形进行测量，干涉仪(3)测得面形，及X倾斜和Y倾斜时该面形的Z2和Z3项Zernike系数a2、a3，所述的控制系统(8)根据Zernike系数a2、a3与XY两个倾斜方向倾斜角的关系，计算被测件倾斜调整台(5)在XY两个倾斜方向应调节的倾斜角，并控制被测件倾斜调整台(5)反向调节这两个角度，使得干涉条纹数最少；然后所述的控制系统(8)控制干涉仪(3)对被测件(6)的该子孔径面形再次进行测量，所述的控制系统(8)接收并保存该子孔径面形数据S_i,j，其中i＝1、…、m，表示该子孔径是X方向第i个拼接测量位置，m为X方向拼接测量位置的个数，j＝1…n，表示该子孔径是Y方向第j个拼接测量位置，n为Y方向拼接测量位置的个数；所述的Zernike系数a2、a3与XY两个倾斜方向倾斜角θx、θy的关系为θx≈a2/R,θy≈a3/R，其中R为干涉仪(3)计算Zernike系数a2、a3时单位圆的半径；

6)重复步骤5)，直至完成Y方向全部n个子孔径测量位置的测量；

7)所述的控制系统(8)控制干涉仪拼接位移台(1)移动，使所述的平面标准镜(3-2)对准X方向下一个拼接测量位置；所述的控制系统(8)控制干涉仪(3)，对被测件(6)的该子孔径面形进行测量，干涉仪(3)测得面形及该面形的Z2和Z3项(X倾斜和Y倾斜)Zernike系数a2、a3，所述的控制系统(8)根据Zernike系数a2、a3与XY两个倾斜方向倾斜角的关系，计算干涉仪倾斜调整台(2)在XY两个倾斜方向应调节的倾斜角，并控制干涉仪倾斜调整台(2)反向调节这两个角度，使得干涉条纹数最少；然后所述的控制系统(8)控制干涉仪(3)对被测件(6)的该子孔径面形再次进行测量，所述的控制系统(8)接收并保存该子孔径面形数据S_i,j，所述的Zernike系数a2、a3与XY两个倾斜方向倾斜角θx、θy的关系与步骤5)相同；

8)重复步骤5～7，直至完成所有子孔径测量；

9)采用最小二乘法拼接已保存的所有子孔径面形S_i,j，得到待测件的全口径面形测量结果。