由于自由曲面的表面面形自由度更大，梯度更大，往往超出了傳統(tǒng)干涉測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍，使得很難實(shí)現(xiàn)面形的高精度檢測(cè)，這給光學(xué)自由曲面的制造帶來很大困難，嚴(yán)重限制了光學(xué)自由曲面的發(fā)展與應(yīng)用。光電所與清華大學(xué)組成的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)提出了一種全新的自由曲面檢測(cè)技術(shù)，采用大行程變形鏡作為面形補(bǔ)償元件，使用條紋反射測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度變形鏡的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與閉環(huán)控制，建立復(fù)雜自由曲面的面形自適應(yīng)搜索模型，研究高精度的系統(tǒng)誤差標(biāo)定技術(shù)，使得自由曲面能夠?qū)崟r(shí)快速檢測(cè)，基本原理如圖1所示。
圖2為檢測(cè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)圖，圖3為變形鏡產(chǎn)生第四項(xiàng)和第九項(xiàng)zernike面形時(shí)，DS得到的變形條紋圖和對(duì)變形鏡面形變化的檢測(cè)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)中被測(cè)件為一帶有像散的未知曲面，如圖4（a），其面形誤差超過了干涉儀的測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍，因此干涉儀無法獲得條紋而無法完成測(cè)量?；谠撗芯刻岢龅臏y(cè)試裝置及SPGD自適應(yīng)搜索模型，在200秒左右就可獲得待測(cè)自由曲面的清晰條紋，如圖4（d）所示。這樣根據(jù)檢測(cè)硬件建立系統(tǒng)檢測(cè)模型，結(jié)合干涉檢測(cè)結(jié)果和條紋反射測(cè)量結(jié)果，通過面形匹配與系統(tǒng)誤差標(biāo)定技術(shù)，得到被測(cè)面的面形誤差，檢測(cè)結(jié)果如圖5所示。
由于此項(xiàng)技術(shù)對(duì)待測(cè)對(duì)象沒有特殊要求，所提出的測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，因此具有較好的普適性。該工作對(duì)于光學(xué)自由曲面檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。
圖1 基于變形鏡補(bǔ)償?shù)淖杂汕鏅z測(cè)原理
（DS：條紋反射測(cè)量裝置，DM變形鏡）
圖2 檢測(cè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)圖
圖3 變形鏡產(chǎn)生第四項(xiàng)和第九項(xiàng)zernike面形時(shí)條紋反射系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果
圖4 干涉儀條紋圖(a)未迭代搜索前條紋，
?。╞）（c）迭代搜索1、2次后的條紋，（d）搜索完成后的條紋
圖5 檢測(cè)結(jié)果（a）直接采用干涉儀的面形數(shù)據(jù)，（b）DM變形補(bǔ)償后的干涉
儀面形數(shù)據(jù)，（c）DS檢測(cè)變形鏡的結(jié)果，（d）系統(tǒng)誤差標(biāo)定后的最終結(jié)果