時代科技（深圳）有限公司

創新產品組|三等獎

?研究現狀：

光學元件制造領域寬廣，包括手機、相機、顯微鏡、激光器、材質檢測儀等細分市場，體量達萬億級。光學檢測是高精度光學元器件制造中的必備環節。其市場規模也達百億級。德國Zygo與4D兩家公司的光學干涉儀作為光學檢測主流手段，壟斷了高端市場。其產品昂貴（80～120萬元）制約了我國光學制造產業發展。干涉儀因光路復雜、元件加工安裝精度高，導致不耐環境溫度、振動、沖擊，體積大、維護難，成本高昂。為打破國外壟斷，自主研發一種低成本，環境適應性強，可代替干涉儀功能的光學檢測設備成為我團隊的核心目標。

我們研制了一種采用數字算法集成的光電轉換傳感器及自動移焦傳感器，通過測量光束的移焦圖像，解出待檢光學元件表面形狀，測量精度與干涉儀相當。與主要依靠硬件的干涉儀工作原理不同，本產品采用數字算法+智能硬件，硬件加工成本顯著降低，對溫度、振動、沖擊的抵抗性大大強于干涉儀。因此，本產品不僅能夠替代干涉儀，并且能夠適應更加惡劣的環境，將應用拓展到更加寬廣的光學檢測領域，從而具備廣闊的市場前景，并推動我國光學儀器制造水平向更高層次發展。

創新理念：

我們生產的自動移焦傳感器和光電轉換傳感器能夠替代干涉儀，實現對物體高精度表面形狀進行數十nm級精度測量，也能夠對高質量光束的波面形狀進行測量，從而對光束的聚焦、平行度等性能指標進行評價。同時，與干涉儀相較，本產品成本更低，體積重量更小，對環境要求更低。本產品主要實現兩大功能，第一大功能是精密光學元件質量檢測：應用領域包括光學透鏡面形檢測；光學鏡頭質量檢測；超高精度平面檢測；玻璃、金屬、塑料等材質的表面平整度檢測；鍍膜平整性檢測等。第二大功能是光束/波前質量檢測：應用領域包括激光光束質量檢測；高質量光源檢測；化工流體檢測；光刻機照明光束質量檢測；光通信信號光束質量檢測；5G微波波束質量檢測等。

創新描述：

（一）、項目研究內容，已有技術成果及指標

研究內容：

研制一套實現對物體表面形狀進行高精度測量的原理樣機。

已有技術成果：

完成算法設計、仿真和原理光路驗證，并進行了一部分誤差分析。

原理光路圖

使用原理光路對實際面形的測量結果。(a)：實際曲面，采用干涉儀測量。(b)：本樣機測得結果，花費1.3秒。(c)、(d)：現有主流算法測得結果，分別花費1.7小時和2.1小時。

測量殘差。(a)：本樣機測量誤差，1.3秒內測得，全范圍均方誤差達到8.47nm。(b)、(c)：現有主流算法測量誤差，分別花費1.7小時和2.1小時測得，全范圍均方誤差為13.42nm和17.53nm。

光強影響分析

環境振動影響分析

技術指標：

測量目標尺寸：20 cm x 20 cm

測量精度：20 nm

（二）、項目實施的技術方案（包括技術路線、工藝的合理性及成熟性）

技術路線：

1、 根據目標領域市場分析，確定技術指標。

2、 根據技術指標，設計原理樣機，確定關鍵元器件指標。

3、 搭建原理樣機。

4、 驗證算法。

5、 完善原理樣機，進行成本與性能優化。

工藝合理性與成熟性：

本項技術原理合理，能夠達到預定性能指標。第一款樣機已經完成搭建，并完成同干涉儀對比測試，測試結果與干涉儀相同，因此具有成熟性。

（三）、項目的關鍵技術、創新點關鍵技術：

用于圖像探測的參考光測量技術。

光學元件陣列并行檢測技術。

測量光束多重移焦成像技術。

探測光波前高速解算算法。

創新點：

顛覆性地打破了西方通過干涉儀技術在高端光學檢測領域的壟斷，用核心算法導入精巧光學結構，通過低成本高品質地實現精密光學儀器檢測功能，大幅節省光學設備生產企業在檢測儀器上的投入，并大幅降低光學儀器生產研發門檻，推動我國光學儀器生產研發事業發展。

使用時間：

目前團隊已經成功搭建整個硬件系統，包括我們自主研發的自動移焦傳感器和光電轉換傳感器，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/球面標準鏡、模擬多種待檢樣品形貌的變形鏡、用以對比檢測精度的干涉儀，以及光束準直鏡組、棱鏡、移焦成像機構、成像元件、其它輔助元器件等。

同時核心算法已經提交發明專利的申請，第一臺功能樣機的兩款傳感器研發已經完成，同現有光學干涉儀的對比測試已經完成。我們下一步會做傳感器及整個樣機的產品小型化設計，預計2020年4月左右第一款小型化樣機面世并開始銷售。

圖片展示：