近年來，光學(xué)元件的研究熱點已經(jīng)慢慢地從非球面發(fā)展升級為自由曲面。相較傳統(tǒng)球面及非球面而言，光學(xué)自由曲面具有無與倫比的優(yōu)勢，設(shè)計自由度更大，變量個數(shù)多，表面自由度變化大，結(jié)構(gòu)靈活，可以突破傳統(tǒng)光學(xué)元器件的限制，校正幾乎所有像差，有效提高系統(tǒng)性能的同時簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少光學(xué)元件數(shù)量，減小光學(xué)系統(tǒng)體積和重量，滿足現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)小型化高性能的要求，具有良好的應(yīng)用前景。光學(xué)自由曲面被美國羅切斯特大學(xué)的教授譽(yù)為新世紀(jì)以來光學(xué)領(lǐng)域的一次“革命”，將使光學(xué)行業(yè)產(chǎn)生重大變革。然而，由于面形復(fù)雜和非常大的曲率變化，給自由曲面的高精度檢測帶來很大困難，成為限制其高加工與更廣泛應(yīng)用的瓶頸。結(jié)構(gòu)光條紋檢測技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、靈敏度高、動態(tài)范圍大的特點，通過高精度的系統(tǒng)標(biāo)定可以獲得很高的測量精度，可以滿足自由光學(xué)曲面的高精度檢測需求。
光電所先進(jìn)光學(xué)研制中心趙文川副研究員科研團(tuán)隊多年來一直致力于結(jié)構(gòu)光面形檢測技術(shù)的研究工作，將結(jié)構(gòu)光技術(shù)引入光學(xué)鏡面的面形檢測之中，提出了多種結(jié)構(gòu)光鏡面面形檢測方法，實現(xiàn)了對大口徑非球面、離軸非球面以及自由曲面的高精度面形檢測。圖1所示為對一塊離軸非球面分別采用三坐標(biāo)機(jī)、結(jié)構(gòu)光和干涉儀進(jìn)行測量的結(jié)果。從圖中可以看出，此時已是三坐標(biāo)機(jī)測量精度的極限，結(jié)構(gòu)光技術(shù)與干涉儀的結(jié)果是一致的。
該結(jié)構(gòu)光面形檢測技術(shù)可擴(kuò)展應(yīng)用至汽車抬頭顯示系統(tǒng)HUD、手機(jī)屏幕等電子工業(yè)產(chǎn)品的在線面形檢測系統(tǒng)中，可實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的全檢，滿足工業(yè)生產(chǎn)廠商對產(chǎn)品質(zhì)量的嚴(yán)格控制要求。圖2所示為手機(jī)屏幕蓋板玻璃表面面形的檢測結(jié)果。圖3為汽車抬頭顯示系統(tǒng)HUD中一塊自由曲面反射鏡的檢測結(jié)果。
相關(guān)論文發(fā)表在《光電工程》2018年第7期上，引用格式如下：趙文川, 周敏, 劉海濤, 等. 離軸非球面的條紋反射檢測技術(shù)[J]. 光電工程, 2018, 45(7): 170663. DOI:10.12086/oee.2018.170663
圖1 離軸非球檢測結(jié)果對比
圖2 手機(jī)屏幕的結(jié)構(gòu)光檢測面形圖
圖3 結(jié)構(gòu)光檢測HUD中自由曲面反射鏡