時(shí)代科技（深圳）有限公司

創(chuàng)新產(chǎn)品組|三等獎(jiǎng)

?研究現(xiàn)狀：

光學(xué)元件制造領(lǐng)域?qū)拸V，包括手機(jī)、相機(jī)、顯微鏡、激光器、材質(zhì)檢測(cè)儀等細(xì)分市場(chǎng)，體量達(dá)萬億級(jí)。光學(xué)檢測(cè)是高精度光學(xué)元器件制造中的必備環(huán)節(jié)。其市場(chǎng)規(guī)模也達(dá)百億級(jí)。德國(guó)Zygo與4D兩家公司的光學(xué)干涉儀作為光學(xué)檢測(cè)主流手段，壟斷了高端市場(chǎng)。其產(chǎn)品昂貴（80～120萬元）制約了我國(guó)光學(xué)制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展。干涉儀因光路復(fù)雜、元件加工安裝精度高，導(dǎo)致不耐環(huán)境溫度、振動(dòng)、沖擊，體積大、維護(hù)難，成本高昂。為打破國(guó)外壟斷，自主研發(fā)一種低成本，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可代替干涉儀功能的光學(xué)檢測(cè)設(shè)備成為我團(tuán)隊(duì)的核心目標(biāo)。

我們研制了一種采用數(shù)字算法集成的光電轉(zhuǎn)換傳感器及自動(dòng)移焦傳感器，通過測(cè)量光束的移焦圖像，解出待檢光學(xué)元件表面形狀，測(cè)量精度與干涉儀相當(dāng)。與主要依靠硬件的干涉儀工作原理不同，本產(chǎn)品采用數(shù)字算法+智能硬件，硬件加工成本顯著降低，對(duì)溫度、振動(dòng)、沖擊的抵抗性大大強(qiáng)于干涉儀。因此，本產(chǎn)品不僅能夠替代干涉儀，并且能夠適應(yīng)更加惡劣的環(huán)境，將應(yīng)用拓展到更加寬廣的光學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域，從而具備廣闊的市場(chǎng)前景，并推動(dòng)我國(guó)光學(xué)儀器制造水平向更高層次發(fā)展。

創(chuàng)新理念：

我們生產(chǎn)的自動(dòng)移焦傳感器和光電轉(zhuǎn)換傳感器能夠替代干涉儀，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體高精度表面形狀進(jìn)行數(shù)十nm級(jí)精度測(cè)量，也能夠?qū)Ω哔|(zhì)量光束的波面形狀進(jìn)行測(cè)量，從而對(duì)光束的聚焦、平行度等性能指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。同時(shí)，與干涉儀相較，本產(chǎn)品成本更低，體積重量更小，對(duì)環(huán)境要求更低。本產(chǎn)品主要實(shí)現(xiàn)兩大功能，第一大功能是精密光學(xué)元件質(zhì)量檢測(cè)：應(yīng)用領(lǐng)域包括光學(xué)透鏡面形檢測(cè)；光學(xué)鏡頭質(zhì)量檢測(cè)；超高精度平面檢測(cè)；玻璃、金屬、塑料等材質(zhì)的表面平整度檢測(cè)；鍍膜平整性檢測(cè)等。第二大功能是光束/波前質(zhì)量檢測(cè)：應(yīng)用領(lǐng)域包括激光光束質(zhì)量檢測(cè)；高質(zhì)量光源檢測(cè)；化工流體檢測(cè)；光刻機(jī)照明光束質(zhì)量檢測(cè)；光通信信號(hào)光束質(zhì)量檢測(cè)；5G微波波束質(zhì)量檢測(cè)等。

創(chuàng)新描述：

（一）、項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容，已有技術(shù)成果及指標(biāo)

研究?jī)?nèi)容：

研制一套實(shí)現(xiàn)對(duì)物體表面形狀進(jìn)行高精度測(cè)量的原理樣機(jī)。

已有技術(shù)成果：

完成算法設(shè)計(jì)、仿真和原理光路驗(yàn)證，并進(jìn)行了一部分誤差分析。

原理光路圖

使用原理光路對(duì)實(shí)際面形的測(cè)量結(jié)果。(a)：實(shí)際曲面，采用干涉儀測(cè)量。(b)：本樣機(jī)測(cè)得結(jié)果，花費(fèi)1.3秒。(c)、(d)：現(xiàn)有主流算法測(cè)得結(jié)果，分別花費(fèi)1.7小時(shí)和2.1小時(shí)。

測(cè)量殘差。(a)：本樣機(jī)測(cè)量誤差，1.3秒內(nèi)測(cè)得，全范圍均方誤差達(dá)到8.47nm。(b)、(c)：現(xiàn)有主流算法測(cè)量誤差，分別花費(fèi)1.7小時(shí)和2.1小時(shí)測(cè)得，全范圍均方誤差為13.42nm和17.53nm。

光強(qiáng)影響分析

環(huán)境振動(dòng)影響分析

技術(shù)指標(biāo)：

測(cè)量目標(biāo)尺寸：20 cm x 20 cm

測(cè)量精度：20 nm

（二）、項(xiàng)目實(shí)施的技術(shù)方案（包括技術(shù)路線、工藝的合理性及成熟性）

技術(shù)路線：

1、 根據(jù)目標(biāo)領(lǐng)域市場(chǎng)分析，確定技術(shù)指標(biāo)。

2、 根據(jù)技術(shù)指標(biāo)，設(shè)計(jì)原理樣機(jī)，確定關(guān)鍵元器件指標(biāo)。

3、 搭建原理樣機(jī)。

4、 驗(yàn)證算法。

5、 完善原理樣機(jī)，進(jìn)行成本與性能優(yōu)化。

工藝合理性與成熟性：

本項(xiàng)技術(shù)原理合理，能夠達(dá)到預(yù)定性能指標(biāo)。第一款樣機(jī)已經(jīng)完成搭建，并完成同干涉儀對(duì)比測(cè)試，測(cè)試結(jié)果與干涉儀相同，因此具有成熟性。

（三）、項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)、創(chuàng)新點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)：

用于圖像探測(cè)的參考光測(cè)量技術(shù)。

光學(xué)元件陣列并行檢測(cè)技術(shù)。

測(cè)量光束多重移焦成像技術(shù)。

探測(cè)光波前高速解算算法。

創(chuàng)新點(diǎn)：

顛覆性地打破了西方通過干涉儀技術(shù)在高端光學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域的壟斷，用核心算法導(dǎo)入精巧光學(xué)結(jié)構(gòu)，通過低成本高品質(zhì)地實(shí)現(xiàn)精密光學(xué)儀器檢測(cè)功能，大幅節(jié)省光學(xué)設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)在檢測(cè)儀器上的投入，并大幅降低光學(xué)儀器生產(chǎn)研發(fā)門檻，推動(dòng)我國(guó)光學(xué)儀器生產(chǎn)研發(fā)事業(yè)發(fā)展。

使用時(shí)間：

目前團(tuán)隊(duì)已經(jīng)成功搭建整個(gè)硬件系統(tǒng)，包括我們自主研發(fā)的自動(dòng)移焦傳感器和光電轉(zhuǎn)換傳感器，照射待檢樣品的平行光/球面波光源，處理透射待檢元件的平面/球面標(biāo)準(zhǔn)鏡、模擬多種待檢樣品形貌的變形鏡、用以對(duì)比檢測(cè)精度的干涉儀，以及光束準(zhǔn)直鏡組、棱鏡、移焦成像機(jī)構(gòu)、成像元件、其它輔助元器件等。

同時(shí)核心算法已經(jīng)提交發(fā)明專利的申請(qǐng)，第一臺(tái)功能樣機(jī)的兩款傳感器研發(fā)已經(jīng)完成，同現(xiàn)有光學(xué)干涉儀的對(duì)比測(cè)試已經(jīng)完成。我們下一步會(huì)做傳感器及整個(gè)樣機(jī)的產(chǎn)品小型化設(shè)計(jì)，預(yù)計(jì)2020年4月左右第一款小型化樣機(jī)面世并開始銷售。

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