4  非零位检测法

非零位检测时入射到曲面上的光线并不按原路返回（如图1.6），因此即使被测面是理想的，也不能得到等间隔直条纹。非零位检测可以分为两种：斜率直接检测法和波前直接检测法。检测自由曲面的基本问题就是如何最大限度地减小可测试条纹的密度，以扩大干涉[25]，而非零位检测可以补偿局部斜率而降低局部的条纹密度[26]，如图1.7所示。

图1.6 非零位检测光路 非零位方法降低了局部条纹密度。左图为零位方法，右图为非零位方法。

●非零位剪切法

剪切法是把来自被检表面的光波面横向错开，自相干涉，产生剪切干涉图，通过计算机对剪切干涉图进行快速处理分析，可给出自由曲面的面形偏差，属于率直接检测法。横向剪切干涉法通过被测波面相对于原始波面产生一个横向的微小剪切，则原始波面与剪切的波面之间将产生干涉，得到被测波前的斜率的干涉条纹，图1.8(a) 所示是使用双频光栅进行横向剪切干涉的原理图。径向剪切干涉法通过被测波前与其自身的扩展波前相干涉，得到被测波前的斜率的干涉条纹，如图1.8(b)所示。

 剪切干涉原理

剪切法得到的干涉图稳定，测量精度高，且无需参考面，但是干涉图分析十分复杂。

非零位检测方法一定程度上实现了自由曲面的通用化检测,可以快速给出检测结果。然而,由于这些方法偏离了零位条件,导致不同程度的回程误差, 因此使检测精度随被测件的口径及相对口径的增大而降低[27]。所以，十分有必要采用新型快速高精度检测量大口径高梯度任意面形的自由曲面的方法。文献综述

 子孔径拼接法

子孔径拼接的思想最早是由James Wyant等人在1981年检测大的平面镜时提出的[28]，提出该方法最初是为了使用较小口径的干涉仪来测量大口径的光学元件。圆形子孔径拼接法的基本原理[29]是:用干涉的方法一一测量整个大口径光学元件的子区域并使各个区域间有一定重叠如图1.9所示，从测得的相位数据消除相邻子孔径之问的平移、离焦、倾斜等装校误差，进而把所有子孔径的测量数据统一到同一参考面上，然后从这些有统一基准的子孔数据中采集多个离散的相位数据，通过拟合最终得到整个全口径的面形。子孔径拼接检测系统工作原理如图1.10所示，该装置包括干涉仪、透射球、调整机构、数控设备及计算机。干涉仪安装在三维精密调整架上,可以实现干涉仪在X方向、Y方向和光轴Z方向的平动,待测件安放在二维精密转台上,可以精确地调整待测件的俯仰和倾斜。

圆形子孔径拼接检测示意图

子孔径拼接法测量系统示意图

子孔径拼接干涉测量法拓展了干涉仪横向、纵向的测量范围；但是子孔径拼接检测还存在很多不足，比如对被检面的机械移动有相当高的精确度要求，干涉仪的装校极为复杂和困难，检测过程中需要精确调整干涉仪或待测件；而影响其技术精度的因素有很多，且对于更大口径,高陡度自由曲面的拼接检测将面临更多的问题。