时代科技（深圳）有限公司

创新产品组|三等奖

‍研究现状：

光学元件制造领域宽广，包括手机、相机、显微镜、激光器、材质检测仪等细分市场，体量达万亿级。光学检测是高精度光学元器件制造中的必备环节。其市场规模也达百亿级。德国Zygo与4D两家公司的光学干涉仪作为光学检测主流手段，垄断了高端市场。其产品昂贵（80～120万元）制约了我国光学制造产业发展。干涉仪因光路复杂、元件加工安装精度高，导致不耐环境温度、振动、冲击，体积大、维护难，成本高昂。为打破国外垄断，自主研发一种低成本，环境适应性强，可代替干涉仪功能的光学检测设备成为我团队的核心目标。

我们研制了一种采用数字算法集成的光电转换传感器及自动移焦传感器，通过测量光束的移焦图像，解出待检光学元件表面形状，测量精度与干涉仪相当。与主要依靠硬件的干涉仪工作原理不同，本产品采用数字算法+智能硬件，硬件加工成本显著降低，对温度、振动、冲击的抵抗性大大强于干涉仪。因此，本产品不仅能够替代干涉仪，并且能够适应更加恶劣的环境，将应用拓展到更加宽广的光学检测领域，从而具备广阔的市场前景，并推动我国光学仪器制造水平向更高层次发展。

创新理念：

我们生产的自动移焦传感器和光电转换传感器能够替代干涉仪，实现对物体高精度表面形状进行数十nm级精度测量，也能够对高质量光束的波面形状进行测量，从而对光束的聚焦、平行度等性能指标进行评价。同时，与干涉仪相较，本产品成本更低，体积重量更小，对环境要求更低。本产品主要实现两大功能，第一大功能是精密光学元件质量检测：应用领域包括光学透镜面形检测；光学镜头质量检测；超高精度平面检测；玻璃、金属、塑料等材质的表面平整度检测；镀膜平整性检测等。第二大功能是光束/波前质量检测：应用领域包括激光光束质量检测；高质量光源检测；化工流体检测；光刻机照明光束质量检测；光通信信号光束质量检测；5G微波波束质量检测等。

创新描述：

（一）、项目研究内容，已有技术成果及指标

研究内容：

研制一套实现对物体表面形状进行高精度测量的原理样机。

已有技术成果：

完成算法设计、仿真和原理光路验证，并进行了一部分误差分析。

原理光路图

使用原理光路对实际面形的测量结果。(a)：实际曲面，采用干涉仪测量。(b)：本样机测得结果，花费1.3秒。(c)、(d)：现有主流算法测得结果，分别花费1.7小时和2.1小时。

测量残差。(a)：本样机测量误差，1.3秒内测得，全范围均方误差达到8.47nm。(b)、(c)：现有主流算法测量误差，分别花费1.7小时和2.1小时测得，全范围均方误差为13.42nm和17.53nm。

光强影响分析

环境振动影响分析

技术指标：

测量目标尺寸：20 cm x 20 cm

测量精度：20 nm

（二）、项目实施的技术方案（包括技术路线、工艺的合理性及成熟性）

技术路线：

1、 根据目标领域市场分析，确定技术指标。

2、 根据技术指标，设计原理样机，确定关键元器件指标。

3、 搭建原理样机。

4、 验证算法。

5、 完善原理样机，进行成本与性能优化。

工艺合理性与成熟性：

本项技术原理合理，能够达到预定性能指标。第一款样机已经完成搭建，并完成同干涉仪对比测试，测试结果与干涉仪相同，因此具有成熟性。

（三）、项目的关键技术、创新点关键技术：

用于图像探测的参考光测量技术。

光学元件阵列并行检测技术。

测量光束多重移焦成像技术。

探测光波前高速解算算法。

创新点：

颠覆性地打破了西方通过干涉仪技术在高端光学检测领域的垄断，用核心算法导入精巧光学结构，通过低成本高品质地实现精密光学仪器检测功能，大幅节省光学设备生产企业在检测仪器上的投入，并大幅降低光学仪器生产研发门槛，推动我国光学仪器生产研发事业发展。

使用时间：

目前团队已经成功搭建整个硬件系统，包括我们自主研发的自动移焦传感器和光电转换传感器，照射待检样品的平行光/球面波光源，处理透射待检元件的平面/球面标准镜、模拟多种待检样品形貌的变形镜、用以对比检测精度的干涉仪，以及光束准直镜组、棱镜、移焦成像机构、成像元件、其它辅助元器件等。

同时核心算法已经提交发明专利的申请，第一台功能样机的两款传感器研发已经完成，同现有光学干涉仪的对比测试已经完成。我们下一步会做传感器及整个样机的产品小型化设计，预计2020年4月左右第一款小型化样机面世并开始销售。

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