[0029] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
[0030] 请参见图1、图2，具体实施例的长程面形检测仪，用于对待测光学器件6的表面进行面形检测，长程面形检测仪，包括光源1、分束镜2、构成类五棱镜结构的双反射面4的双反射镜单元3以及f‑θ角度检测系统，f‑θ角度检测系统包括一傅里叶变换透镜7和一面阵探测器8；光源1提供的出射光束经分束镜2反射至所述双反射镜单元3，再经双反射镜单元3反射至待测光学器件6的表面，被待测光学器件6的表面反射后又经双反射镜单元3反射至分束镜2，透过分束镜2后通过傅里叶变换透镜7传输至面阵探测器8，在面阵探测器8上形成测量光斑；其发明创造点在于：所述双反射镜单元3包括两个平面反射镜31，所述两个平面反射镜31分别可沿各自的回转轴5独立转动，两个平面反射镜31的回转轴5位于同一平面上且夹角为45°(即两个平面反射镜31分别以前述双反射面4的法线为回转轴5)，平面反射镜31与其回转轴5呈斜交(立体几何术语，相交但不垂直)且所成的角(立体几何术语，即平面反射镜31与其回转轴5的倾角，其值也和平面反射镜31与对应前述反射面4之间平面角的余角大小对应)按量程所需设置以通过转动改变经双反射镜单元3反射后出射光路的角度并使出射光路以法线入射的形式入射到待测光学器件6表面；待测光学器件6的表面面形通过两个平面反射镜31的转动量获取。
[0031] 本实施例的长程面形检测仪，通过转动双反射镜单元3的两个平面反射镜31，可改变经双反射镜单元3反射后出来的出射光路的角度并使出射光路以法线入射的形式入射到待测光学器件6的表面，因为是垂直入射，检测点的反射光路也按其入射光路的路径原路返回，而入射到双反射镜单元3之前的光束部分始终是一致的，所以，可使不同检测点的反射光路形成的测量光斑的落点一致或均落在设定的落点范围内，此时，测量光斑的落点位置已经不再是直接判断值，只是平面反射镜31的转动调节参考、观察反馈点，而两个平面反射镜31的转动角度才反馈了不同的检测点位置对应的面形偏转角度，从而可得出要检测的待测光学器件6的表面面形。
[0032] 通过两个平面反射镜31的转动量来反馈待测光学器件6的表面面形。这样的形式，不再直接通过f‑θ角度检测系统上的测量光斑之间的距离差值来反馈面形检测情况，而只是将其作为一个中间参考，只是作为两个平面反射镜31转动调节的效果观察点或反馈点；使检测光路始终保持在同一路线上，光束在检测光路上的各个光学元件上的作为位置是一定的，是相同的一个点或很小的范围内，包括f‑θ角度检测系统中的面阵探测器8，在测量不同角度时，测量光束在各光学元件上横移量为零，测量不同角度时光学元件间引入的角度误差相同，测量角度间的相对差值就不存在误差，而角度间的相对差值才是需要的、能反馈待测光学器件6的表面面形的测量值。这样，良好地克服了检测光路中各光学元件可能引入系统误差的问题，有效减少了系统误差的引入，提高检测精度。通过两个平面反射镜31的转动量来反馈待测光学器件6的表面面形的方式，还将可调节范围变换为在0‑π弧度值的量程上进行调整，这样就放大了读取精度，细分了读数区间，取得进一步提高检测精度的效果。
[0033] 目前机械结构能达到的转动精度可以达10μrad的角度精度(比如现有的AEROTECH精密转台，可实现定位精度2arc sec，约10urad，若希望实现更高测量精度，可选用更高定位精度转台)，完全能够支持需要的平面反射镜31的转动调节以及对光路角度的调整。最后还剩下两个平面反射镜31也存在引入横移量的问题，但因为两个平面反射镜31的距离是相邻设置的，所以引入的横移量非常小，对检测精度的影响可以忽略不计，比如，以平面反射镜31与对应的前述反射面4之间的平面角设定为1.25mrad计算，其出射光偏转角度2.5mrad，以两个平面反射镜31的间距设为3cm计算，在双反射镜单元3的第二个平面反射镜
31上引入横移量约150μm，而光斑的直径通常为1mm(甚至更大)，所以双反射镜单元3引入的横移量是非常小的；本发明与中国专利申请，申请号：201911303272.8的专利申请中的发明创造原理相似，本发明两个平面反射镜31之间可行的设置距离相较该方案的双劈尖还是要更大一些。
[0034] 其中，平面反射镜31与其回转轴5的交点，即斜足(立体几何术语)位于其中部区域。
[0035] 这样，可以保证平面反射镜31沿其回转轴5转动的过程中始终可接收到光束以保障使用效果，对应的也可以减小平面反射镜31的面积，避免仪器体积更大。
[0036] 其中，光源1提供的出射光束经分束镜2反射后入射到双反射镜单元3的第一个平面反射镜31时，优选入射到第一个平面反射镜31与其回转轴5的交点处。如图4。
[0037] 这样，进一步减少双反射镜单元3引入的横移量，可避免第一个平面反射镜31因转动引入横移量从而引入额外误差的问题。
[0038] 其中，所述光源1、分束镜2、傅里叶变换透镜7以及面阵探测器8固定设置，所述两个平面反射镜31设于移动光学头上；所述移动光学头包括壳体11，所述个两平面反射镜31设于所述壳体11内。所述移动光学头安装在线性平移台10上，所述线性平移台10可滑动设于光学平台9的上方以便带动移动光学头滑动并检测置于光学平台9上的待测光学器件6，所述光源1、分束镜2、傅里叶变换透镜7以及面阵探测器8固设于光学平台9的侧壁上。
[0039] 这样，提供必要的基础结构，移动光学头、线性平移台10以及光学平台9的连接，均为现有技术，此处不再赘述。
[0040] 其中，所述光源1为平行光源1以使提供的出射光束为平行光，并优选平行非相干细光束。实施时，也可以选择使用相干光，如激光光源来提供出射光束，为平行相干细光束。
[0041] 通过双反射镜单元3方式测量角度，是通过平面角大小来控制检测仪的角度测量范围，若平面角均为1.25mrad，则测量范围为±5mrad，如图3，使两个平面反射镜31与对应反射面4的平面角朝向一致时，经双反射镜单元3反射后的出射光路即达到最大偏转角度5mrad，使用时，通过两个平面反射镜31的转动，可以在子午面约±5mrad，弧矢面约±
4.6mrad的类椭圆锥形几何体范围内(任意)改变经双反射镜单元3反射后的出射光路的角度，保证在测量范围内能找到以法线入射的入射点，如图4，如果不能，说明待测光学器件6在光学平台9上的摆放姿态不对，超出了量程；所述的入射点与设定的检测点通常不是重合的，通过平面反射镜31的转动角度也可以折算出入射点与设定检测点的相对位置，通过角度与位置间积分可构建待测面形。
[0042] 使两个平面角朝向一致，经双反射镜单元3反射后的出射光路即达到最大偏转角度5mrad，保持两个平面角朝向一致并同向转动，出射光路则以最大偏转角度周向转动，并可停留于类椭圆锥周向上的任意位置。
[0043] 参见图2，本发明还提供一种长程面形检测方法，本方法基于上述的长程面形检测仪而进行，包括如下步骤：
[0044] 1)将待测光学器件6置于光学平台9上；
[0045] 2)线性平移台10带着移动光学头的壳体11滑动到第一检测点，光源1提供出射光束，经待测光学器件6的表面反射，在面阵探测器8上形成测量光斑，图中虚线光路；
[0046] 3)转动两个平面反射镜31使其出射光路以法线入射的形式入射到待测光学器件6的表面，并通过所述测量光斑是否形成于面阵探测器8上的统一设定范围内(即所测量光斑是否落在设定的落点范围内)来判定，将图中虚线光路调整至与实线光路重合；
[0047] 如果测量光斑形成于所述统一设定范围内，则输出(记录)两个平面反射镜31的转动数据(转动角度)；
[0048] 如果测量光斑未形成于所述统一设定范围内，则根据测量数据继续转动调节直至测量光斑形成于所述统一设定范围内，然后输出两个平面反射镜31的转动数据；实施时，如果测量光斑未形成于所述统一设定范围内，可通过其形成位置判断应该的法线角度方向，从而修正双反射镜单元3的转角，便于两个平面反射镜31的转动调节；
[0049] 4)线性平移台10带动移动光学头滑动到下一个检测点，光源1提供出射光束，经待测光学器件6的表面反射，在面阵探测器8上形成测量光斑；
[0050] 5)重复步骤3)和4)，直至完成设定的所有检测点对应的两个平面反射镜31的转动数据的输出；
[0051] 不同的检测点对应在面阵探测器8上形成的测量光斑均应落在相同的一个设定的落点范围内(所述统一设定范围)，即落点是一致的，只是绝对的落点一致是不能实现的，结合面阵探测器8的探测方式，将落点限制为在一个较小的设定范围内。
[0052] 6)通过所得到的各转动数据及测量位置可得出待测光学器件6的表面面形。
[0053] 参见图5，其中，在步骤1)之前，还包括对检测仪的标定操作，所述标定操作包括通过以经双反射镜单元3反射后的出射光路原路返回的反射光路在面阵探测器8上形成的测量光斑来确定所述统一设定范围。具体包括如下步骤：
[0054] a)在分束镜2朝向光源1的面上、平行光入射位置紧贴设置一单孔屏100；
[0055] b)在光学平台9上放置一定标件101；
[0056] c)光源1提供的平行光出射光束穿过单孔屏100的屏孔后经分束镜2反射至双反射镜单元3，经双反射镜单元3反射后入射到定标件101的表面上，经定标件101的表面反射形成反射光路；根据光路可逆可知，此时，如果反射光路未能以入射光路原路返回，那么其入射到单孔屏100上非屏孔的位置而被阻挡，只有以入射光路原路返回的反射光路才能穿过单孔屏100的屏孔。所以，只需要调整定标件101的姿态，使反射光路沿入射光路原路返回(法线入射姿态)，穿过单孔屏100的屏孔后透过分束镜2并通过傅里叶变换透镜7传输至面阵探测器8，在面阵探测器8上形成测量光斑，通过该测量光斑就可以确定所述统一设定范围。实施时，所述统一设定范围、单孔屏100的屏孔直径大小等根据检测仪要达到的检测参数指标可以对应选择，不作具体限制。
[0057] 本方法的效果同前述效果，此处不再赘述。实施时，如果作为一套整体使用设备方便自动化使用，所述双反射镜单元3的两个平面反射镜31可分别设在圆筒形载体内，圆筒形载体固设在壳体11内，圆筒形载体内提供可转动的平面反射镜31，圆筒形载体的轴线可以与平面反射镜31的所述回转轴5重合，还可以包括自动控制器，自动控制器与面阵探测器8、线性平移台10以及驱动平面反射镜31转动的驱动单元电连接，标定设备，确定测量光斑应该在面阵探测器8上的落点范围；通过预写入的程序以及测量光斑在面阵探测器8上的统一设定范围，自动控制器控制待测光学器件6表面的不同检测点之间的间距，自动控制器判断一个检测点位置对应的测量光斑是否形成于面阵探测器8上的统一设定范围内，如果测量光斑未形成于所述统一设定范围内，则通过自动控制器可结合实际落点情况修正并驱动平面反射镜31转动，使测量光斑落在所述统一设定范围内。输出转动角度数据以便作为反馈待测光学器件6表面面形的数据基础。根据不同的标准，通过数据基础折算得到所需判断数据来判定待测光学器件6的表面面形即可。
[0058] 算例：请参见图6‑10，设经双反射镜单元3反射后的出射光路是朝z轴反方向传播，移动光学头是沿y轴方向扫描。平面反射镜31与反射面4的平面角设定为1.25mrad(量程±5mrad)，初始时可设定双反射镜单元3各自反向改变到(‑1.66501rad，1.4757rad)，此时出射光路以角度α＝0、θ＝0入射到待测面(待测光学器件的表面)，若待测面测量点法线方向为(‑0.003，‑0.001，0.999996)，此时f‑θ系统测量角度约为(‑0.00599rad，‑0.00201rad)，根据f‑θ系统测量数据除2计算得到测量点法线的(α，θ)角约为(‑0.003rad，‑0.001rad)。根据光路追迹计算可得两个平面反射镜31转动角度与出射光路方向关系，在本算例中略去高阶项后此关系为：
[0059]
[0060]
[0061] 其中 为两个平面反射镜31中入射光束入射的第一个平面反射镜31绕其回转轴转动角度，为第二个平面反射镜31绕其回转轴转动角度。上式可近似为：
[0062]
[0063]
[0064] 进一步可计算得：
[0065] α＞0，θ＜0
[0066] G＜0，θ＞0
[0067] α＜0，θ＜0
[0068] α＞0，θ＞0
[0069]
[0070]
[0071] 其中：
[0072]
[0073] A＝‑0.002309691
[0074] B＝0.002499991
[0075] 根据近似计算的 与 转动两个平面反射镜31，此时f‑θ系统测得反射光路角度约为(‑908nrad，413nrad)，根据此测量值，可计算转动角度修正如下：
[0076]
[0077]
[0078] 其中：
[0079] Δα＝‑908/2
[0080] Δθ＝4L3/2
[0081]
[0082]
[0083]
[0084]
[0085] 则修正后两个平面反射镜转动角度为：
[0086]
[0087] 此时出射光路将以待测面法线方向(误差约10nrad)入射到待测面，根据f‑θ系统测量值确定出射光路以法线入射方式入射到待测面后，则可根据两个平面反射镜实际转动角度计算得到α、θ。
[0088] 根据 可计算两个平面反射镜分别转动时在不同测量角度处的测量精度(如图7‑10)，可看出，该算例系统
在设定测量范围内理论测量精度优于50nrad。
[0089] 实际检测时，由于出射光路方向随双反射镜单元转动而变化，测量点发生微小偏移，此时需要多次根据f‑θ系统反馈数据修正两个平面反射镜转动角度。根据f‑θ系统测量角度在限定范围以内判定出射光路是否以法线方向入射到待测面，并据两个平面反射镜转动角度计算得到测量点法线方向角度即可。
[0090] 实施时，平面反射镜回转轴可选其它角度，系统对应进行相应调整。
[0091] 最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
