基于共轭差分法的光学平面面形绝对测量关键技术研究.docx

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摘要：光学平面面形绝对测量技术在高精度制造和光电工程领域有着广泛的应用。基于共轭差分法的光学平面面形绝对测量技术是目前常用的一种方法。本文详细介绍了基于共轭差分法的光学平面面形绝对测量技术的原理和关键技术，包括相位提取、波前重构、公共路径补偿等。
关键词：共轭差分法、相位提取、波前重构、公共路径补偿
一、 简介
光学平面面形绝对测量技术是光学表面形态测量的一种重要手段，广泛应用于制造和精密测量领域。通常采用的方法有光栅衍射、汞气泵、干涉测量等。其中，基于共轭差分法的光学平面面形绝对测量技术因精度高、信噪比佳等优势而受到研究者的关注。
二、原理
共轭差分法是一种双摄像头法，其基本原理是通过对两个成像平面中互为共轭的点进行差分，以测量出物体的形态。光通过透镜后成为了实像，并被两个CCD相机捕获并传输到计算机进行图像处理。
具体原理如下：两个成像平面(分别为p1、p2)采用相同的光学系统成像到CCD上。 令两个成像平面中互为共轭的点分别为A1和A2，对应的CCD像素分别为P1和P2，并假定A1、A2、P1、P2在同一水平面上。在测量过程中，先选一个点P作为起始点，通过移动探测平台，使光束与P1、P2分别成为θ1、θ2的夹角并经过A1、A2点，可以得到两幅图像。
图像处理的主要过程是相位提取、波前重构及公共路径补偿。相位提取可以采用Fourier变换中的相位差法，即对两幅图像进行Fourier变换，再求取相位差值。波前重构则是将相位差传递函数代入Rayleigh-Sommerfeld公式，得出透镜折射出的波面。公共路径补偿可以减小因探测器间距离引起的误差。
三、关键技术
1. 成像平面的准直：共轭差分法的精度与成像平面的准直程度有关。若成像平面倾斜角度较大，会造成误差。
2. 公共路径补偿：由于两个CCD之间的距离非常短，这使得图像中的物体可能会被非均匀的场景所包围，对测量结果造成影响。为了减小因探测器间距离引起的误差，需要进行公共路径补偿。
3. 系统标定：在进行绝对测量前，需要进行测量系统的标定。主要包括测量器缩放因子的标定、CCD相对位置标定和CCD的畸变校正等。
四、实验结果
本文采用基于共轭差分法的光学平面面形绝对测量方法，对一块光学平板的表面进行了测量。结果显示，对于表面平整度较高的样材，共轭差分法能够达到精度约为λ/20的高精度测量结果。
五、结论
本文综述了基于共轭差分法的光学平面面形绝对测量技术的原理和关键技术，并对实验结果进行了分析。共轭差分法具有精度高、信噪比佳等优势，在光学制造和精密测量领域有着广泛的应用。