对基于三坐标测量机的大口径红外透镜曲率半径检测方法进行了研究。首先简要阐述了三坐标测量机测量透镜曲率半径的原理，然后根据此原理应用误差理论推导出该方法测量透镜曲率半径时的标准差估计公式，并进行了相关验证实验。实验结果证明该测量标准差估计公式正确，并据此对三坐标测量机测量曲率半径的测量范围以及测量精度进行分析。研究结果表明：由于测量精度随着球冠包角θ值的增大而迅速减小，使得该方法较适用于测量球冠包角θ值较大的大口径透镜。

为了精确测量激光波前曲率半径,提出了基于泰伯-莫尔条纹技术的波前曲率半径测量方法,建立了激光波前曲率半径测量理论分析模型。对波前曲率半径与莫尔条纹倾角的关系、系统测量不确定度进行了分析,完成了激光波前曲率半径测量系统的设计,构建了测量系统,并对口径为200mm的激光发射系统的出射波前曲率半径进行了测量。结果表明,测量结果为498m时,测量重复性为0.2%,根据测量结果推算光束束腰位置与实际位置相对偏差为0.4%;并根据500m~3000m的测量结果对激光发射系统中出射波前曲率半径、物镜焦距、目镜位置等参量进行了校准,校准完成后与理论值的最大偏差为2%。该方法能够实现大口径激光发射系统出射波前曲率半径的高精度测量。

为了增强高精度曲率半径测量仪器的抗环境干扰能力, 满足现场使用需求, 研制了一套基于光栅尺测长的激光差动共焦曲率半径测量系统。该系统利用差动共焦轴向光强响应曲线的过零点对应系统物镜聚焦焦点这一特性, 对被测样品的猫眼位置及共焦位置进行精确瞄准定位, 并借助光栅尺测长得到透镜猫眼位置与共焦位置之间的距离, 实现曲率半径的测量。实验表明, 该系统相对测量精度优于5×10-6, 满足高精度曲率半径测量的精度需求。

为了高精度测量光学元件的曲率半径，提出了一种利用反射式计算全息元件结合波长移相干涉测长技术测量光学球面曲率半径的方法。测试中,将反射式计算全息元件作为基准来标定所用标准镜头参考面的曲率半径，利用波长移相干涉技术测量干涉腔腔长，通过计算分析得到被测元件的曲率半径。文中描述了该方法的系统构成及其工作原理。结合实例，运用理论分析与软件仿真模拟分析了方法的测量不确定度。最后，利用实验室现有的商用波长移相干涉仪进行了实验验证。对一口径为100 mm的球面样品进行曲率半径的测量，得到的结果为157.108 3 mm; 利用接触式球径仪法对同一样品进行对比测量，结果显示相对误差小于0.02%。与其它目前已有的非接触式曲率半径测量方法相比，提出的方法具有误差源少、测量精度高、易于操作等优点。

基于共焦技术独特的轴向层析定焦能力并结合气浮导轨平移台和激光干涉仪测长系统,研制了一套高精度、非接触激光共焦透镜曲率半径测量系统。该系统利用共焦轴向光强响应曲线的峰值点对应系统物镜聚焦焦点这一特性, 使用峰值点对被测透镜的猫眼位置及共焦位置进行精确定位, 并结合激光干涉仪获得透镜猫眼位置及共焦位置坐标值, 从而计算得到透镜的曲率半径。系统由主控软件控制气浮导轨带动被测透镜在猫眼位置及共焦位置附近进行扫描测量, 并实现信号采集和数据处理。实验表明, 利用该系统测量透镜的曲率半径时, 测量重复性优于2 μm, 满足国内高精度透镜曲率半径测量的精度需求。该系统测量速度快、操作简便、结构简单且易于实现小型化。

三维轮廓扫描方法可通过连续扫描透镜表面三维空间形貌，拟合得到其曲率半径值。该方法具有测量精度高、可任意选定测量区域、测量力微弱、对光学表面划伤可忽略等优点。通过实验，研究了三维轮廓扫描法测量透镜曲率半径的精度，并分析了测量区域大小、扫描间距等因素对测量精度的影响。实验结果表明，该方法测量凸、凹球面透镜的曲率半径的相对重复性可达到1×10-6。

针对目前已有的光学检测设备无法实现大口径大曲率半径光学元件高精度检测的问题，提出利用长程轮廓仪(LTP)来进行大口径大曲率半径(正、负)光学元件的精确测量，并通过实验证明了LTP检测大曲率半径光学元件的优势。分析计算了LTP测量曲率半径的算法精度，设计了合理的机械结构进行旋转测量，得到了全口径的曲率半径分布。最后与球径仪、刀口仪的测量结果进行了对比。对R=37.108 m和R=41.065 m的球面镜测量结果显示，LTP的测量重复性在0.05%以内，与球径仪、刀口仪的测量值相差均在0.05%以内。研究结果表明，LTP可以用来解决目前几十米的大R曲率半径光学元件难以高精度测量的难题。

The long trace profiler (LTP) is proposed to measure radius of curvature (R) and surface figure of a longradius spherical surface in an optical shop. Equipped with a motorized rotary stage and a two-dimensional tilt stage, the LTP scans the full aperture and calculates the absolute radius of curvature of each scanning line based on the least square method. Nonlinear error and manufacture error difference between center and the edge are obtained by comparing R results. The R-limit is validated and expressed as D/R, where D is the aperture of the mirror under test. A full-aperture three-dimensional figure is also reconstructed based on triangle interpolation.