【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高功率激光元件技術(shù)與工程部魏朝陽研究員團(tuán)隊(duì)，在大曲率光學(xué)表面精密測量方面取得進(jìn)展，相關(guān)成果以“Deformation-driven adaptive fringe deflectometry for measurement of surfaces with large local curvature”為題，發(fā)表于Optics and Lasers in Engineering。
 

　　相位偏折術(shù)具有非接觸、大動態(tài)范圍、高魯棒性等優(yōu)勢，適用于光學(xué)復(fù)雜表面面形檢測，是當(dāng)前超精密檢測領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。然而傳統(tǒng)相位偏折術(shù)采用均勻頻率條紋，在測量局部大曲率元件表面時會發(fā)生條紋局部壓縮與混疊，降低全口徑表面中低頻表征能力。使用低頻條紋雖然可以提升大曲率區(qū)域測量穩(wěn)定性，但會犧牲平緩區(qū)域的相位靈敏度，難以兼顧全口徑測量性能。針對上述挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種形變驅(qū)動的變頻相位偏折測量方法。該方法首先利用低頻條紋建立待測鏡的相機(jī)-屏幕像素映射關(guān)系，并基于該映射形變場的雅可比矩陣構(gòu)建像素級空間頻率模型，將理想相機(jī)端目標(biāo)頻率逆向映射至屏幕端，實(shí)現(xiàn)條紋頻率的全場自適應(yīng)調(diào)控(圖1)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全口徑中低頻形貌信息高精度解調(diào)。
 

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法在測量具有塌邊的局部大曲率光學(xué)元件時，有效抑制了邊緣區(qū)域的條紋混疊現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了全口徑范圍內(nèi)的三維面形穩(wěn)定重建。相比于傳統(tǒng)高頻條紋方法在全口徑測量中的失效(圖2)，本方法全口徑測量殘差均方根(RMS)為89.07 nm，測量精度提高了66倍。相比于傳統(tǒng)低頻條紋方法，本方法在中間平緩區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了3.53 nm的殘差RMS，測量精度提高了4倍(圖3)。
 

　　相關(guān)研究得到了中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會會員、國家自然科學(xué)青年基金項(xiàng)目的支持。
 

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圖1 形變驅(qū)動的變頻相位偏折測量方法流程圖
 

圖2 不同PMD方法全口徑測量結(jié)果對比
 

圖3 不同PMD方法中間平緩區(qū)域測量結(jié)果對比