参考面二阶项(离焦和像散)误差是导致拼接累积误差的主要因素,而参考面高阶误差会导致高频面形误差。分析由参考面误差二阶项和高阶项导致的拼接误差的规律。研究参考面误差导致任意两个子孔径拼接误差之间的关系。提出一种可以有效减小参考面高阶项误差对子孔径拼接结果影响的算法。该算法将拼接后的子孔径面形数据对应相减,分离出参考面高阶项误差的拼接误差。数据仿真和实验验证表明了该算法的正确性和有效性。

以理想坐标面为参考面, 建立了大口径薄膜衍射主镜面形误差与波前误差的关系模型.首先建立了子镜面形误差模型; 其次根据导出的子镜波前误差与大口径薄膜衍射主镜波前误差关系式, 分别讨论了边缘褶皱面形和球面面形两种形变情况下不同区域子镜的形变允许范围; 最终通过全体子镜的波前误差反向拟合Zernike多项式, 得到了不同形变情况下主镜的低阶像差类型.研究结果可为成像系统的像差校正提供理论依据, 对大口径薄膜衍射主镜的夹持装配有参考意义.

为保证大口径平面面形的高精度检测，必须对大口径平面标准镜自身的精度进行严格控制。在考虑标准镜自身重力的作用下，通过有限元方法仿真分析了不同粘胶位置以及不同镜框支撑方式下参考面面形的变化。根据分析结果，设计了口径300 mm 的平面标准镜支撑方式，镜片采用12 点粘胶与镜框固定，镜框下表面采用旋转补偿的方式寻找最优支撑方案。对加工完成的Φ 300 mm 平面标准镜进行了集成装配，装配结果显示支撑引入的参考面面形变化约为1.294 nm[均方根(RMS)值]，与仿真分析结果吻合，并且满足大口径平面检测的检测需求。

针对投影机倾斜投影产生的光栅周期展宽现象带来的误差,对投影机倾斜投影时光栅相位的变化关系进行分析,用Matlab编写生成一个条纹周期不均匀的校正光栅,输出到投影仪投影,使得倾斜投影到参考面上的光栅条纹周期均匀,以提高光栅投影三维测量的精度。实验结果表明,该方法可以有效地将倾斜投影到参考面上的条纹周期变得均匀。

为了实现大口径平面标准镜的高精结构装卡，对其在重力作用下的面形变化进行了研究。首先，对结构胶的有限元建模进行了理论分析，建立了大口径平面标准镜胶结装卡结构有限元模型。然后，分析了不同胶点数量及分布、不同胶接面积以及不同镜框支撑方式等关键结构参数对参考面面形的影响。最后，设计了大口径平面标准镜胶结及支撑的结构。结果表明，采用胶点直径为5 mm， 12×3胶点分布形式胶结时，参考面面形的PV值为2406 nm，RMS值为678 nm，满足了大口径平面标准镜面形精度的要求。

193 nm 光刻投影物镜光学元件面形精度为纳米级，因此要求检测精度为纳米到亚纳米级。在高精度的光学元件面形检测中，为了保证检测的精度，干涉仪标准球面镜的精度要优于λ/40。根据检测要求，设计了一种新的标准镜装卡结构。采用有限元方法分析了参考面在重力作用下的面形变化情况，其最大面变形变化峰谷(PV)值仅为4.88 nm，均方根(RMS)值为1.04 nm。同时对不同环境温度下参考面的变形进行了计算得出面形的峰谷值和均方根值。利用标准具面形的Zernike 系数，得到了标准具系统的MTF，以实现标准具在重力作用下的像质评价。结果表明，所设计的标准具的结构可以满足标准具的设计要求。最后设计了差动螺钉驱动误差补偿机构。

光刻投影物镜元件面形精度为纳米量级,因此要求检测精度为纳米到亚纳米量级。为了完成光刻投影物镜的光学元件面形检测任务,提出了利用菲佐型干涉仪进行检测的方法。通过理论分析和计算模拟,分别对相移误差、参考面误差、探测器非线性误差等系统误差以及光源稳定性、环境控制等影响干涉仪测量精度的主要因素进行分析,给出了测量误差大小与干涉仪结构参数之间的关系。计算结果表明,限制菲佐干涉仪检测精度的主要因素是参考面的精度和环境的影响。针对以上结果给出了提高干涉仪测量精度与减小测量误差的方法,对高精度菲佐干涉仪的研制具有一定的参考价值。

根据投影栅相位法三维检测实际应用中所遇到的频域处理的移频问题和被测物体与参考面的对应关系问题, 分析了它们对解相精度的影响, 提出了不移频和全场参考面的解决方法。 经实例验证, 它们在工程应用中取得了满意的效果。