基于位相测量偏折术的高精度检测平面光学元件面形的方法

李大海; 王瑞阳; 张新伟

doi:doi:10.5768/JAO202041.0405001

应用光学, 2020, 41 (4): 844, 网络出版: 2020-08-20

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Method of optical flat elements surface figure detection with high accuracy based on phase measurement deflectormetry

李大海王瑞阳张新伟

作者单位

四川大学电子信息学院，四川成都 610065

图 & 表

图 1. 位相测量偏折术检测系统原理图

Fig. 1. Schematic of PMD detection system

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图 2. 由相机出射光线方向决定的被测面采样点

Fig. 2. Sampling point on test surface determined by camera emergent ray

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图 3. Southwell算法的网格示意图（3×3）

Fig. 3. Schematic of Southwell algorithm (3×3)

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图 4. 不同方法对含波前畸变的平面重建误差

Fig. 4. Errors of plane reconstruction with wavefront distortion by different methods

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图 5. 检测结果

Fig. 5. Measurement results

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图 6. 自参考的四步剪切法

Fig. 6. Self-referenced four-step shearing method

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图 7. 四步剪切PMD 实验装置图

Fig. 7. Experimental device of four-step shear ing PMD

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图 8. 在每一个位置上的叠加面形

Fig. 8. Superimposed surface figure at each position

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图 9. 面形检测结果

Fig. 9. Measurement results of surface figure

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图 10. 两种方法计算得到的5～37项Zernike多项式系数对比

Fig. 10. Comparison of 5 ~ 37 Zernike polynomials coefficients by 2 methods

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图 11. 基于PMD的多相机斜率拼接检测原理示意图

Fig. 11. Schematic of two-camera slope splicing detection based on PMD

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图 12. 重叠区域内的斜率

Fig. 12. Slope data of overlapping area

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图 13. 斜率数据

Fig. 13. Slope data

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图 14. 检测结果

Fig. 14. Measurement results

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图 15. 基于PMD的六相机斜率拼接检测装置图

Fig. 15. Experimental device of six-camera slope splicing detection based on PMD

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图 16. 斜率数据

Fig. 16. Slope data

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图 17. 检测结果

Fig. 17. Measurement results

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图 18. 寄生反射的影响

Fig. 18. Effect of parasitic reflection

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图 19. 光强序列

Fig. 19. Intensity sequence

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图 20. 功率谱

Fig. 20. Power spectrum

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图 21. 检测结果（去除常数及倾斜项）

Fig. 21. Measurement results (constant and tilting term are removed)

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图 22. 前后表面的镜像错位叠加

Fig. 22. Overlapping behavior of front and rear image

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图 23. 二值条纹

Fig. 23. Binary fringe

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图 24. 面形检测结果

Fig. 24. Measurement results of surface figure

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李大海, 王瑞阳, 张新伟. 基于位相测量偏折术的高精度检测平面光学元件面形的方法[J]. 应用光学, 2020, 41(4): 844. Dahai LI, Ruiyang WANG, Xinwei ZHANG. Method of optical flat elements surface figure detection with high accuracy based on phase measurement deflectormetry[J]. Journal of Applied Optics, 2020, 41(4): 844.

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图 1. 位相测量偏折术检测系统原理图

Fig. 1. Schematic of PMD detection system

图 2. 由相机出射光线方向决定的被测面采样点

Fig. 2. Sampling point on test surface determined by camera emergent ray

图 3. Southwell算法的网格示意图（3×3）

Fig. 3. Schematic of Southwell algorithm (3×3)

图 4. 不同方法对含波前畸变的平面重建误差

Fig. 4. Errors of plane reconstruction with wavefront distortion by different methods

图 5. 检测结果

Fig. 5. Measurement results

图 6. 自参考的四步剪切法

Fig. 6. Self-referenced four-step shearing method

图 7. 四步剪切PMD 实验装置图

Fig. 7. Experimental device of four-step shear ing PMD

图 8. 在每一个位置上的叠加面形

Fig. 8. Superimposed surface figure at each position

图 9. 面形检测结果

Fig. 9. Measurement results of surface figure

图 10. 两种方法计算得到的5～37项Zernike多项式系数对比

Fig. 10. Comparison of 5 ~ 37 Zernike polynomials coefficients by 2 methods

图 11. 基于PMD的多相机斜率拼接检测原理示意图

Fig. 11. Schematic of two-camera slope splicing detection based on PMD

图 12. 重叠区域内的斜率

Fig. 12. Slope data of overlapping area

图 13. 斜率数据

Fig. 13. Slope data

图 14. 检测结果

Fig. 14. Measurement results

图 15. 基于PMD的六相机斜率拼接检测装置图

Fig. 15. Experimental device of six-camera slope splicing detection based on PMD

图 16. 斜率数据

Fig. 16. Slope data

图 17. 检测结果

Fig. 17. Measurement results

图 18. 寄生反射的影响

Fig. 18. Effect of parasitic reflection

图 19. 光强序列

Fig. 19. Intensity sequence

图 20. 功率谱

Fig. 20. Power spectrum

图 21. 检测结果（去除常数及倾斜项）

Fig. 21. Measurement results (constant and tilting term are removed)

图 22. 前后表面的镜像错位叠加

Fig. 22. Overlapping behavior of front and rear image

图 23. 二值条纹

Fig. 23. Binary fringe

图 24. 面形检测结果

Fig. 24. Measurement results of surface figure

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