[发明专利]一种散斑偏折术检测平面元件面形的方法与装置

摘要

本文提出一种利用散斑图案和数字图像相关(Digital Image Correlation，DIC)技术测量平面元件面形的方法。基本器件包括针孔相机、显示器、平面参考元件、被测元件和计算机。显示器投影的散斑图案经被测元件反射后被针孔相机记录并保存，与使用平面参考元件拍摄的图案对比，散斑将发生位移，位移的大小和方向利用DIC技术得到。由位移推导被测元件的斜率分布，进而使用斜率重建面形。此方法不改变传统相位测量偏折术(PMD)装置，易于实现，拍摄图片数量少，可实现高效测量。

主权项

1.一种散斑偏折术检测平面元件面形的方法与装置，其特征在于：测试装置包括针孔相机、显示器、平面参考元件、被测元件和计算机，显示器向元件反射面投影散斑，针孔相机拍摄元件反射面，显示器与针孔相机连接到计算机；使用针孔相机分别记录经过平面参考元件和被测元件反射后的散斑图，利用DIC技术得到散斑在两幅图之间的位移，通过位移推导被测元件表面斜率，并重建面形；一种散斑偏折术检测平面元件面形的方法的具体检测步骤如下：步骤1：系统调整和标定调整显示器与针孔相机姿态，测量相机针孔坐标(xc,yc,zc)和显示器位置zs，通过相机标定得到相机中每个像素对应的被测元件坐标(xm,ym)；步骤2：拍摄散斑图调整平面参考元件使其与显示器平行，在显示器上显示散斑图，针孔相机记录经平面参考元件反射后的散斑图，作为参考图；将平面参考元件替换为被测元件，被测元件与平面参考元件姿态相同；使用针孔相机记录经被测元件反射后的散斑图，称为形变图；步骤3：计算位移与斜率光线反射时入射角与反射角正切值相等，由等式(1)和(2)得到参考图中每个像素对应的显示器坐标(xsf,ysf)：式中zm2s为显示器与被测元件的z坐标之差，zm2c为针孔相机与被测元件的z坐标之差；使用DIC技术计算形变图中每个像素与参考图中对应像素之间的位移dx和dy；根据等式(3)和(4)计算形变图中每个像素点对应显示器上的坐标：xsd＝xsf+dx   (3)ysd＝ysf+dy   (4)由等式(5)和(6)计算被测元件的斜率：式中dm2c为被测元件像素点与针孔之间的距离，dm2c为被测元件像素点与显示器上对应点之间距离；步骤4：重建面形根据被测元件表面各点的斜率数据，利用Zernike多项式重建大口径平面元件的表面面形。