CN110006921B - 一种大曲率半径球面光学元件自动化位姿调整方法与装置 - Google Patents

一种大曲率半径球面光学元件自动化位姿调整方法与装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大曲率半径球面光学元件自动化位姿调整方法与装置。本发明利用高倍显微镜对大曲率半径球面光学元件表面沿竖直和水平两条正交直径的四个边缘特征点分别进行对焦到离焦的连续多幅暗场灰度图像采集，计算图像Tenengrad算子值，拟合Tenengrad算子值与高倍显微镜轴向移动量曲线，依据图像Tenengrad算子极值判据搜寻正焦位置，获得各特征点空间坐标；通过建立特征点与调整装置空间数学模型，将四特征点空间坐标转换为俯仰和自旋两维调整量，进行位姿调整操作。本发明解决了大曲率半径球面光学元件在显微镜全口径扫描检测过程中出现的因光学元件光轴与显微镜光轴不平行以及球面光学元件矢高变化超出显微镜景深范围而造成的离焦问题。

Description

一种大曲率半径球面光学元件自动化位姿调整方法与装置
技术领域
本发明涉及一种大曲率半径球面光学元件高精度自动化位姿调整方法，以及该方法对应使用的位姿调整装置。
背景技术
在惯性约束聚变(ICF)系统中，大曲率半径(R>4m)球面光学元件被广泛应用。例如常用的反射镜尺寸达到口径430mm，在对其表面微米级缺陷检测时，需要进行暗场显微散射成像的全口径扫描采集，再利用高倍显微镜精确定位并提取缺陷特征。由于使用的高倍显微镜景深范围通常只有10到20微米，如果被测球面光学元件光轴与显微镜光轴不平行，在高倍定位提取特征时就会出现定位不准、无法准确采集特征或者即使找到特征，两光轴不平行引入的位姿误差使焦平面超出高倍显微镜景深范围而离焦的情况，都会对缺陷的精确定位和评价造成影响。因此，需要设计一种适用于大曲率半径球面光学元件的高精度、自动化位姿调整方法与装置，在缺陷检测的全口径扫描之前，消除位姿误差带来的影响。
由于平面与球面面形的差别，目前平面光学元件常用的位姿调整方法无法适用于大曲率半径球面，需要根据其面形特性设计一种新的位姿调整方法和装置。另外，对于一些口径较大、曲率半径较小(但仍大于4m)的球面光学元件，其矢高无法被显微镜的景深范围覆盖，即使经过自动化位姿调整后显微镜光轴已对准待测球面元件，在扫描采集子孔径图像的过程中，仍会出现部分子孔径图像离焦的情况，为解决上述问题，还需要设计一种配合的扫描方法和显微镜恒工作距离控制方法，使大曲率半径球面元件在扫描采集时始终保持在显微镜的景深范围内避免离焦，从而始终成清晰的子孔径图像。
发明内容
本发明的目的是为解决大曲率半径(大于4m)球面光学元件表面缺陷的检测过程中，由于大曲率半径球面光学元件倾斜而造成采集到的部分子孔径超出显微镜的景深范围，导致像面离焦，提供一种大曲率半径球面光学元件自动化位姿调整方法与装置，使显微镜光轴对准待测球面元件；对于一些口径较大、曲率半径较小(但仍大于4m)的球面光学元件，在扫描采集子孔径图像的过程中仍会出现部分子孔径图像离焦的情况，提供一种“回”形扫描和显微镜恒工作距离控制方法，使大曲率半径球面元件在扫描采集时始终保持在显微镜的景深范围内避免离焦，从而始终成清晰的子孔径图像。
一种大曲率半径球面光学元件自动化位姿调整方法，步骤如下：
步骤1、利用高倍显微镜和CCD相机成像，移动XY方向二维导轨在大曲率半径球面光学元件表面寻找到第一表面特征点；所述的表面特征点指大曲率半径球面光学元件表面边缘的疵病、擦痕等具有信息特征的点；
步骤2利用高倍显微镜对第一表面特征点进行等步长连续多幅暗场灰度图像采集；所述的暗场灰度图像是指用高亮度环形LED冷光源发射的平行光束照射大曲率半径球面光学元件表面的第一表面特征点产生散射光线，散射光线被高倍显微镜和CCD相机收集所形成暗场灰度图像；
步骤3选取暗场灰度图像中合适的区域进行灰度图像边缘算子：Tenengrad算子F值的计算；所述的暗场灰度图像中合适的区域指待测球面元件被采集的图像视场中，由于球面的弯曲程度超过显微光学系统的景深范围而造成一个图像视场中有清晰和模糊像的不同区域，选取处理效果好的清晰区域进行计算；所述的Tenengrad算子F由下式表示：
Figure BDA0001958166370000021
其中
Figure BDA0001958166370000022
所述的掩模模板Tx和Ty大小为：
Figure BDA0001958166370000023
其中f(x,y)为(x,y)像素位置的灰度等级。
步骤4利用曲线拟合方法拟合图像Tenengrad算子F值与高倍显微镜移动距离曲线，并通过搜索曲线中Tenengrad算子F值的极值的方法，得到高倍显微镜的正焦位置，得到第一表面特征点的坐标(xA,yA,zA)；
步骤5利用高倍显微镜和CCD相机成像，移动XY方向二维导轨寻找到大曲率半径球面光学元件第二表面特征点、第三表面特征点、第四表面特征点；所述的第一表面特征点、第二表面特征点，指其两点连线为大曲率半径球面光学元件竖直方向直径的两边缘点，第三表面特征点、第四表面特征点，指其两点连线为大曲率半径球面光学元件水平方向直径的两边缘点，如图1所示；
步骤6重复步骤2)至步骤4)所述过程，得到第二表面特征点的坐标(xB,yB,zB)，第三表面特征点的坐标(xC,yC,zC)，第四表面特征点的坐标(xD,yD,zD)；
步骤7将第一表面特征点的坐标(xA,yA,zA)，第二表面特征点的坐标(xB,yB,zB)换算为俯仰调整电机的调整量δ1，第三表面特征点的坐标(xC,yC,zC)，第四表面特征点的坐标(xD,yD,zD)换算为自旋调整电机的调整量δ2；
步骤8按调整量δ1驱动俯仰调整电机，按调整量δ2驱动自旋调整电机；所述的驱动俯仰调整电机指驱动俯仰调整电机通过同步带驱动俯仰驱动机构组件实现沿Z轴的直线运动，从而驱动调整上板实现绕长转轴的俯仰动作；所述的驱动自旋调整电机指驱动自旋调整电机实现沿Y轴的直线运动顶住调整顶块，实现了调整中间板沿圆弧导轨做的自旋转动。
所述的步骤7具体步骤为：
1)对俯仰维自动化位姿调整建模如图2所示，沿Z方向上选取不同的第一表面特征点、第二表面特征点两位置，即两点的X坐标相同，Z方向坐标zA、zB不同，分别对两位置自动对焦清晰后(步骤2)至步骤4))，得到这两点的Y坐标yA、yB。由图2所示的几何关系可得：
Figure BDA0001958166370000031
δ1＝|O1M1|·tanα   (5)
公式(5)中α为俯仰维偏角，|O1M1|为俯仰调整电机到俯仰维长转轴在Y方向上的距离，为已知量，求得的δ1即俯仰调整电机所要改变的位移调整量。
2)对自旋维自动化位姿调整建模如图3所示，圆弧导轨绕其等效旋转中心进行自旋转动。沿X方向上选取不同的第三表面特征点、第四表面特征点两位置，即两点的Z坐标相同，X方向坐标xC、xD不同，分别对两位置自动对焦清晰后(步骤2)至步骤4))，得到这两点的Y坐标yC、yD。由图3所示的几何关系可得：
Figure BDA0001958166370000041
δ2＝|O2M2|·tanθ   (7)
公式(7)中θ为自旋维偏角，|O2M2|为自旋调整电机到圆弧导轨的等效旋转中心在X方向上的距离，为已知量，求得的δ2即自旋调整电机要改变的位移调整量。
大曲率半径球面光学元件高精度自动化位姿调整装置包括：大曲率半径球面光学元件、大曲率半径球面光学元件固定架、调整上板、长转轴、俯仰调整电机、同步带、俯仰驱动机构组件、调整中间板、圆弧导轨、调整顶块、自旋调整电机、底板、高倍显微镜和CCD相机；其中大曲率半径球面光学元件安装在大曲率半径球面光学元件固定架上，大曲率半径球面光学元件固定架固定在调整上板上，调整上板通过长转轴和俯仰驱动机构组件与调整中间板连接，俯仰调整电机固定在调整中间板上，通过同步带与俯仰驱动机构组件连接；调整中间板底部安装在圆弧导轨上，圆弧导轨安装在底板上；调整中间板上安装有调整顶块；底板上固定有自旋调整电机；安装高倍显微镜和CCD相机作为检测成像系统，使其光轴与大曲率半径球面光学元件光轴平行。
显微镜恒工作距离控制的子孔径扫描方法的步骤如下：
1)如图5所示，根据大曲率半径球面光学元件的口径大小2d、扫描子孔径大小dsub、X方向重叠区域dovx和Y方向重叠区域dovy等信息划分扫描采集的子孔径M行N列：
Figure BDA0001958166370000051
Figure BDA0001958166370000052
2)根据大曲率半径球面光学元件的曲率半径R和口径2d，构建Z方向矢高变化量Δh如图6(b)所示，由几何关系可得：
Figure BDA0001958166370000053
3)利用高倍显微镜和CCD相机成像，移动XY方向二维导轨对大曲率半径球面光学元件进行“回”形扫描路径扫描，在扫描采集一圈(即一个“口”形)后，移动Z方向导轨进行Δz的补偿：
Figure BDA0001958166370000054
4)重复步骤3)，直到子孔径扫描采集结束。本方法利用对焦Z方向的不断反馈补偿实现显微镜恒工作距离控制如图6(a)所示，保持“回”形扫描过程中各个子孔径图像清晰正焦，从而实现大曲率半径球面元件的子孔径扫描采集与拼接。
本发明有益效果如下：
本发明设计一种俯仰和自旋两维独立调整的高精度自动化位姿调整装置。通过建立特征点与调整装置空间数学模型，将四特征点空间坐标转换为俯仰和自旋两维调整量，进行高精度自动化位姿调整操作。对于后续缺陷子孔径扫描时由于显微镜景深小于矢高变化而产生的离焦情况，提出一种“回”形扫描和显微镜恒工作距离控制方法，使元件在扫描采集时始终保持在显微镜的景深范围内避免离焦，从而始终成清晰的子孔径图像，从而实现大曲率半径球面元件的子孔径扫描采集与拼接。本发明解决了大曲率半径球面光学元件在显微镜全口径扫描检测过程中出现的因光学元件光轴与显微镜光轴不平行以及球面光学元件矢高变化超出显微镜景深范围而造成的离焦问题。
附图说明
图1是选取的表面特征点A、B、C、D在大曲率半径球面光学元件表面位置图示
图2是俯仰维自动化位姿调整模型图示
图3是自旋维自动化位姿调整模型图示
图4是大曲率半径球面光学元件高精度自动化位姿调整装置图示
图5是大曲率半径球面光学元件子孔径划分及“回”形扫描采集图示
图6(a)是显微镜恒工作距离控制图示，(b)是矢高模型图示
图7(a)、(b)、(c)、(d)是高倍显微镜不同对焦位置时CCD相机采集的大曲率半径球面光学元件表面特征点暗场灰度图像
图8是大曲率半径球面光学元件表面特征点Tenengrad算子值与显微镜Z向位移关系拟合曲线
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1-8所示，
一种大曲率半径球面光学元件自动化位姿调整方法，步骤如下：
步骤1、利用高倍显微镜S15和CCD相机S16成像，移动XY方向二维导轨在大曲率半径球面光学元件S1表面寻找到第一表面特征点A；所述的表面特征点指大曲率半径球面光学元件S1表面边缘的疵病、擦痕等具有信息特征的点；
步骤2、利用高倍显微镜S15对第一表面特征点A进行等步长连续多幅暗场灰度图像采集；所述的暗场灰度图像是指用高亮度环形LED冷光源发射的平行光束照射大曲率半径球面光学元件S1表面的第一表面特征点A产生散射光线，散射光线被高倍显微镜S15和CCD相机S16收集所形成暗场灰度图像；
步骤3、选取暗场灰度图像中合适的区域进行灰度图像边缘算子：Tenengrad算子F值的计算；
所述的暗场灰度图像中合适的区域指待测球面元件S1被采集的图像视场中，由于球面的弯曲程度超过显微光学系统的景深范围而造成一个图像视场中有清晰和模糊像的不同区域，选取处理效果好的清晰区域进行计算；
所述的Tenengrad算子F由下式表示：
Figure BDA0001958166370000071
其中
Figure BDA0001958166370000072
所述的掩模模板Tx和Ty大小为：
Figure BDA0001958166370000073
其中f(x,y)为(x,y)像素位置的灰度等级。
步骤4、利用曲线拟合方法拟合图像Tenengrad算子F值与高倍显微镜S15移动距离曲线，并通过搜索曲线中Tenengrad算子F值的极值的方法，得到高倍显微镜S15的正焦位置，得到第一表面特征点A的坐标(xA,yA,zA)；
步骤5、利用高倍显微镜S15和CCD相机S16成像，移动XY方向二维导轨寻找到大曲率半径球面光学元件S1第二表面特征点B、第三表面特征点C、第四表面特征点D；
所述的第一表面特征点A、第二表面特征点B，指其两点连线为大曲率半径球面光学元件S1竖直方向直径的两边缘点；第三表面特征点C、第四表面特征点D，指其两点连线为大曲率半径球面光学元件S1水平方向直径的两边缘点，如图1所示；
步骤6、重复步骤2～步骤4所述过程，得到第二表面特征点B的坐标(xB,yB,zB)，第三表面特征点C的坐标(xC,yC,zC)，第四表面特征点D的坐标(xD,yD,zD)；
步骤7、将第一表面特征点A的坐标(xA,yA,zA)，第二表面特征点B的坐标(xB,yB,zB)换算为俯仰调整电机S5的调整量δ1，第三表面特征点C的坐标(xC,yC,zC)，第四表面特征点D的坐标(xD,yD,zD)换算为自旋调整电机S11的调整量δ2；
步骤8、按调整量δ1驱动俯仰调整电机S5，按调整量δ2驱动自旋调整电机S11；所述的驱动俯仰调整电机S5指驱动俯仰调整电机S5通过同步带S6驱动俯仰驱动机构组件S7实现沿Z轴的直线运动，从而驱动调整上板S3实现绕长转轴S4的俯仰动作；所述的驱动自旋调整电机S11指驱动自旋调整电机S11实现沿Y轴的直线运动顶住调整顶块S10，实现了调整中间板S8沿圆弧导轨S9做的自旋转动。
所述的步骤7具体实现过程如下：
7-1.对俯仰维自动化位姿调整建模如图2所示，沿Z方向上选取不同的第一表面特征点A、第二表面特征点B两位置，即两点的X坐标相同，Z方向坐标zA、zB不同，分别对两位置自动对焦清晰后(即重复步骤2-步骤4)，得到这两点的Y坐标yA、yB。由图2所示的几何关系可得：
Figure BDA0001958166370000081
δ1＝|O1M1|·tanα   (5)
公式(5)中α为俯仰维偏角，|O1M1|为俯仰调整电机S5到俯仰维长转轴S4在Y方向上的距离，为已知量，求得的δ1即俯仰调整电机S5所要改变的位移调整量。
7-2.对自旋维自动化位姿调整建模如图3所示，圆弧导轨S9绕其等效旋转中心S13进行自旋转动。沿X方向上选取不同的第三表面特征点C、第四表面特征点D两位置，即两点的Z坐标相同，X方向坐标xC、xD不同，分别对两位置自动对焦清晰后(即重复步骤2-步骤4)，得到这两点的Y坐标yC、yD。由图3所示的几何关系可得：
Figure BDA0001958166370000082
δ2＝|O2M2|·tanθ   (7)
公式(7)中θ为自旋维偏角，|O2M2|为自旋调整电机S11到圆弧导轨S9的等效旋转中心S13在X方向上的距离，为已知量，求得的δ2即自旋调整电机S11要改变的位移调整量。
如图4所示，大曲率半径球面光学元件自动化位姿调整装置，包括大曲率半径球面光学元件S1、大曲率半径球面光学元件固定架S2、调整上板S3、长转轴S4、俯仰调整电机S5、同步带S6、俯仰驱动机构组件S7、调整中间板S8、圆弧导轨S9、调整顶块S10、自旋调整电机S11、底板S12、高倍显微镜S15和CCD相机S16；
其中大曲率半径球面光学元件S1安装在大曲率半径球面光学元件固定架S2上，大曲率半径球面光学元件固定架S2固定在调整上板S3上，调整上板S3通过长转轴S4和俯仰驱动机构组件S7与调整中间板S8连接，俯仰调整电机S5固定在调整中间板S8上，通过同步带S6与俯仰驱动机构组件S7连接；调整中间板S8底部安装在圆弧导轨S9上，圆弧导轨S9安装在底板S12上；调整中间板S8上安装有调整顶块S10；底板S12上固定有自旋调整电机S11；安装高倍显微镜S15和CCD相机S16作为检测成像系统，使其光轴与大曲率半径球面光学元件S1光轴平行。
显微镜恒工作距离控制的子孔径扫描方法的步骤如下：
1)如图5所示，根据大曲率半径球面光学元件S1的口径大小2d、扫描子孔径大小dsub、X方向重叠区域dovx和Y方向重叠区域dovy等信息划分扫描采集的子孔径M行N列：
Figure BDA0001958166370000091
Figure BDA0001958166370000092
2)根据大曲率半径球面光学元件S1的曲率半径R和口径2d，构建Z方向矢高变化量Δh如图6(b)所示，由几何关系可得：
Figure BDA0001958166370000093
3)利用高倍显微镜S15和CCD相机S16成像，移动XY方向二维导轨对大曲率半径球面光学元件S1进行“回”形扫描路径S14扫描，在扫描采集一圈(即一个“口”形)后，移动Z方向导轨进行Δz的补偿：
Figure BDA0001958166370000101
4)重复步骤3)，直到子孔径扫描采集结束。本方法利用对焦Z方向的不断反馈补偿实现显微镜恒工作距离控制S17如图6(a)所示，保持“回”形扫描S14过程中各个子孔径图像清晰正焦，从而实现大曲率半径球面元件的子孔径扫描采集与拼接。
实施例
选取球面光学元件直径为
Figure BDA0001958166370000102
曲率半径R＝4m，因此中心到边缘矢高计算得到h＝6.3mm，选取的显微镜在低倍下景深为6mm，无法覆盖球面元件的全部口径范围，因此需要对其进行自动化位姿调整并利用对焦Z方向导轨的不断反馈补偿实现显微镜恒工作距离控制，继而进行子孔径“回”形扫描采集，得到清晰正焦的全孔径图像。
利用高倍显微镜16倍和CCD相机对表面特征点A进行0.01mm等步长20幅暗场灰度图像的连续采集，图7所示为采集到表面特征点的部分图像；将这20幅图像进行Tenengrad算子计算，对计算得到的Tenengrad算子值与显微镜Z向位移关系进行拟合曲线，如图7所示。从图中可以看出图7(b)最清晰，对应图8曲线峰谷位置，即正焦位置处图像Tenengrad算子取极值，向两侧算子值越小，离焦越大。根据极值信息可得此特征点正焦位置的坐标。按照图1分别寻找另外三个表面特征点重复进行上述步骤，得到各特征点正焦位置的坐标，将四个特征点坐标代入公式(4)～(7)，得到俯仰、自旋维电机所要调整的位移，控制电机进行相应的调整，完成大曲率半径球面光学元件自动化位姿调整。
将方形待测球面元件子孔径划分为35行35列，进行“回”形扫描，如图4所示。则在每扫描采集一圈(即一个“口”形)后，需要将对焦Z方向导轨进行Δz＝6.3/17＝0.37mm的补偿，直到扫描结束。此方法在“回”形扫描过程中得到的各个子孔径图像清晰无离焦，从而实现了大曲率半径球面元件的子孔径自动扫描采集与无错位拼接。

Claims (3)

1.一种大曲率半径球面光学元件自动化位姿调整方法，其特征在于步骤如下：
步骤1、利用高倍显微镜(S15)和CCD相机(S16)成像，移动XY方向二维导轨在大曲率半径球面光学元件(S1)表面寻找到第一表面特征点(A)；所述的表面特征点指大曲率半径球面光学元件(S1)表面边缘的疵病、擦痕具有信息特征的点；
步骤2、利用高倍显微镜(S15)对第一表面特征点(A)进行等步长连续多幅暗场灰度图像采集；所述的暗场灰度图像是指用高亮度环形LED冷光源发射的平行光束照射大曲率半径球面光学元件(S1)表面的第一表面特征点(A)产生散射光线，散射光线被高倍显微镜(S15)和CCD相机(S16)收集所形成暗场灰度图像；
步骤3、选取暗场灰度图像中合适的区域进行灰度图像边缘算子：Tenengrad算子F值的计算；所述的暗场灰度图像中合适的区域指待测球面元件(S1)被采集的图像视场中，由于球面的弯曲程度超过显微光学系统的景深范围而造成一个图像视场中有清晰和模糊像的不同区域，选取处理效果好的清晰区域进行计算；所述的Tenengrad算子F由下式表示：
Figure FDA0004110312070000011
其中
Figure FDA0004110312070000012
掩模模板Tx和Ty大小为：
Figure FDA0004110312070000013
其中f(x,y)为(x,y)像素位置的灰度等级；
步骤4、利用曲线拟合方法拟合图像Tenengrad算子F值与高倍显微镜(S15)移动距离曲线，并通过搜索曲线中Tenengrad算子F值的极值的方法，得到高倍显微镜(S15)的正焦位置，得到第一表面特征点(A)的坐标(xA,yA,zA)；
步骤5、利用高倍显微镜(S15)和CCD相机(S16)成像，移动XY方向二维导轨寻找到大曲率半径球面光学元件(S1)第二表面特征点(B)、第三表面特征点(C)、第四表面特征点(D)；所述的第一表面特征点(A)、第二表面特征点(B)，指其两点连线为大曲率半径球面光学元件(S1)竖直方向直径的两边缘点，第三表面特征点(C)、第四表面特征点(D)，指其两点连线为大曲率半径球面光学元件(S1)水平方向直径的两边缘点；
步骤6、重复步骤2至步骤4过程，得到第二表面特征点(B)的坐标(xB,yB,zB)，第三表面特征点(C)的坐标(xC,yC,zC)，第四表面特征点(D)的坐标(xD,yD,zD)；
步骤7、将第一表面特征点(A)的坐标(xA,yA,zA)，第二表面特征点(B)的坐标(xB,yB,zB)换算为俯仰调整电机(S5)的调整量δ1，第三表面特征点(C)的坐标(xC,yC,zC)，第四表面特征点(D)的坐标(xD,yD,zD)换算为自旋调整电机(S11)的调整量δ2；
步骤8、按调整量δ1驱动俯仰调整电机(S5)，按调整量δ2驱动自旋调整电机(S11)；所述的驱动俯仰调整电机(S5)指驱动俯仰调整电机(S5)通过同步带(S6)驱动俯仰驱动机构组件(S7)实现沿Z轴的直线运动，从而驱动调整上板(S3)实现绕长转轴(S4)的俯仰动作；所述的驱动自旋调整电机(S11)指驱动自旋调整电机(S11)实现沿Y轴的直线运动顶住调整顶块(S10)，实现了调整中间板(S8)沿圆弧导轨(S9)做的自旋转动；
步骤7具体实现如下：
7-1.对俯仰维自动化位姿调整建模，沿Z方向上选取不同的第一表面特征点(A)、第二表面特征点(B)两位置，即两点的X坐标相同，Z方向坐标zA、zB不同，分别对两位置自动对焦清晰后，得到这两点的Y坐标yA、yB，几何关系可得：
Figure FDA0004110312070000021
δ1＝O1M1·tanα(5)
公式(5)中α为俯仰维偏角，O1M1为俯仰调整电机(S5)到俯仰维长转轴(S4)在Y方向上的距离，为已知量，求得的δ1即俯仰调整电机(S5)所要改变的位移调整量；
7-2.对自旋维自动化位姿调整建模，圆弧导轨(S9)绕其等效旋转中心(S13)进行自旋转动；沿X方向上选取不同的第三表面特征点(C)、第四表面特征点(D)两位置，即两点的Z坐标相同，X方向坐标xC、xD不同，分别对两位置自动对焦清晰后，得到这两点的Y坐标yC、yD，几何关系可得：
Figure FDA0004110312070000031
δ2＝O2M2·tanθ(7)
公式(7)中θ为自旋维偏角，O2M2为自旋调整电机(S11)到圆弧导轨(S9)的等效旋转中心(S13)在X方向上的距离，为已知量，求得的δ2即自旋调整电机(S11)要改变的位移调整量。
2.如权利要求1所述方法的一种大曲率半径球面光学元件自动化位姿调整方法的实现装置，其特征在于包括：
大曲率半径球面光学元件(S1)、大曲率半径球面光学元件固定架(S2)、调整上板(S3)、长转轴(S4)、俯仰调整电机(S5)、同步带(S6)、俯仰驱动机构组件(S7)、调整中间板(S8)、圆弧导轨(S9)、调整顶块(S10)、自旋调整电机(S11)、底板(S12)、高倍显微镜(S15)和CCD相机(S16)；其中大曲率半径球面光学元件(S1)安装在大曲率半径球面光学元件固定架(S2)上，大曲率半径球面光学元件固定架(S2)固定在调整上板(S3)上，调整上板(S3)通过长转轴(S4)和俯仰驱动机构组件(S7)与调整中间板(S8)连接，俯仰调整电机(S5)固定在调整中间板(S8)上，通过同步带(S6)与俯仰驱动机构组件(S7)连接；调整中间板(S8)底部安装在圆弧导轨(S9)上，圆弧导轨(S9)安装在底板(S12)上；调整中间板(S8)上安装有调整顶块(S10)；底板(S12)上固定有自旋调整电机(S11)；安装高倍显微镜(S15)和CCD相机(S16)作为检测成像系统，使其光轴与大曲率半径球面光学元件(S1)光轴平行。
3.如权利要求2所述的一种大曲率半径球面光学元件自动化位姿调整方法的实现装置，其特征在于该装置能够应用在一种显微镜恒工作距离控制的子孔径扫描方法，具体步骤如下：
1)根据大曲率半径球面光学元件(S1)的口径大小2d、扫描子孔径大小dsub、X方向重叠区域dovx和Y方向重叠区域dovy的信息划分扫描采集的子孔径M行N列：
Figure FDA0004110312070000041
Figure FDA0004110312070000042
2)根据大曲率半径球面光学元件(S1)的曲率半径R和口径2d，构建Z方向矢高变化量Δh：
Figure FDA0004110312070000043
3)利用高倍显微镜(S15)和CCD相机(S16)成像，移动XY方向二维导轨对大曲率半径球面光学元件(S1)进行“回”形扫描路径(S14)扫描，在扫描采集一圈后，移动Z方向导轨进行Δz的补偿：
Figure FDA0004110312070000044
4)重复步骤3)，直到子孔径扫描采集结束。
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