近年來，光學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，光學自由曲面具有無與倫比的優(yōu)勢，設計自由度更大，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)，減少光學元件數(shù)量，減小光學系統(tǒng)體積和重量，滿足現(xiàn)代光學系統(tǒng)小型化高性能的要求，具有良好的應用前景。光學自由曲面被美國羅切斯特大學的教授譽為新世紀以來光學領(lǐng)域的一次“革命”，將使光學行業(yè)產(chǎn)生重大變革。然而，由于面形復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)標定可以獲得很高的測量精度，可以滿足自由光學曲面的高精度檢測需求。
光電所先進光學研制中心趙文川副研究員科研團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機、結(jié)構(gòu)光和干涉儀進行測量的結(jié)果。從圖中可以看出，此時已是三坐標機測量精度的極限，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)可擴展應用至汽車抬頭顯示系統(tǒng)HUD、手機屏幕等電子工業(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)量的嚴格控制要求。圖2所示為手機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