当前,国际上通用的光学元器件面形偏差有三个指标:光圈公差( )和两个局部光圈公差( 、 )[3]。在国内的生产加工中,原始的光圈定义已被更新为最大光圈值( )和局部光圈( ),面形偏差主要是用双光束干涉来检验,有早期的相对检验和现在的绝对检验两种,样板法适合目视情况下的快速检验;单幅的干涉条纹法常常在摄取图像后要进行大量后期处理,由于数字波面干涉仪的发展,移相干涉法取得了更高精度的测量结果,并且渐变成为主流的绝对检验技术。随着数字干涉仪的发展和普及和国际标准(ISO10110)在国内外的推广,国际上又有了一种新的描述波前面形的方式并引申出许多新的概念,如PV值,RMS值,PSD值等等。63016
传统的相对检验方法主要有样板法和条纹法[4]。面形偏差即平面度的检定最初常采用样板法。样板法即根据光学元件的曲率半径及口径制造标准样板,一般是平面或者一对凹凸球面,继而根据标准样板制造出可以在生产中使用的工作样板。该样板通常均采用性能较稳定的光学材料来制造(如K9),通常它具有一定的厚度,这样面形不易变化,而且曲率半径可被精确的测量。较小曲率半径的样板也可以通过对球体加工的的方式来制造。样板法在使用中,一般需要将待测件与样板贴合,然后在灯光下通过观察他们之间的空气空隙形成的干涉条纹,条纹的形状和颜色就反应出工件面形。这样样板法的优点就是能够同时判断光圈数和局部光圈数,缺点就是依赖观察者判定经验。同时,接触测量一般会损伤表面,继而产生额外的表面缺陷。样板法在使用过程中要注意一下几点:样板本身的精度,检验结果与光源波长有关,检测时观测角度,大小样板的精度转换等等。
条纹法的原理主要是提取干涉图上的条纹,利用计算机进行一系列的数字图像处理工作[5]。由于干涉仪技术和计算机技术迅速发展使得该方法在平面度计量领域得到了广泛应用。众所周知干涉场中具有相同光程差的点的轨迹组成了干涉条纹,因此我们常通过条纹的形状、方向,密集度以及移动情况求得相关的测量信息。条纹法的数字化处理通常分为两个方向:基于亮度分析的空域法以及基于频域分析的相位法。本文主要采用前者,该方法通过对一幅干涉图直接处理,先由CCD等光电转换器件采集干涉仪中产生的条纹,由CCD将条纹信息由模拟值转换为离散的数值化信息,通过平滑滤波,二值化,细化等一系列处理后得出宽度只有单个像素的条纹,完成图像的修整和标记后我们就得到了表面波面信息的最终图像,再根据计算公式利用软件算出需要的光圈值或者峰谷值、均方根值等[6]。频域法先要把空域图像转换到频率域,一般利用傅里叶变换法,完成一系列处理后再还原到空间域,但是该方法运算量比较大不够简便。
目前精度最高的平面度测量方法是采用移相干涉原理来进行绝对测量,这是一种光电定量测量,它可以达到λ/100~λ/1000的高分辨率,为高精度测量提高了可能。具体来讲相移是指对条纹的相位进行移相,这样可以衍生出多幅干涉条纹。在横向是通过CCD像素构成高密度点阵,在纵向通过标准镜移动获得不同相位的干涉图。这些相位图可导出一系列相移法公式,再进行相位展开,最小二乘法以及泽尼克多项式拟合等处理,最后根据波面情况提取出所求的参数论文网。但是该方法由于成本较高不便于推广普及。
现今国内不仅拥有自己知识产权的大口径Φ600mm移相干涉仪,还有Φ800mm移相干涉仪一台,其他小口径的产品数百台,我国对于光学元件表面参数的检测一般用粗糙度测试仪,轮廓仪,触针式表面轮廓仪,还有接触式粗糙度测试仪,另外各种先进的测量仪器也不在少数,当然光学检测领域还存在许多的不足。从目前国内的计量器具发展来讲,除了部分计量单位和工厂添购了先进的数字干涉仪外,大部分还是依靠老式的人工目测读数,先前已有部分科研人员对现有的测量平面度的等厚或者等倾干涉仪做过改造工作,但是由于在实用过程中存在的诸多不如人意之处一直未能得到推广。