上海光機(jī)所將時(shí)域散斑技術(shù)運(yùn)用于大尺寸光學(xué)元件測(cè)量

中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所信息光學(xué)與光電技術(shù)實(shí)驗(yàn)室周常河課題組近期將雙目測(cè)量和時(shí)域散斑技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用于300 mm口徑大尺寸透鏡毛坯測(cè)量，成功重建出透鏡毛坯表面的三維形貌。該方法實(shí)現(xiàn)了大尺寸透鏡的快速、低成本測(cè)量。

大尺寸光學(xué)元件，尤其是非球面元件，被廣泛運(yùn)用在大型激光裝置，例如“神光”II綜合實(shí)驗(yàn)激光裝置中。在元件的生產(chǎn)過(guò)程中，表面檢測(cè)至關(guān)重要。在透鏡毛坯的粗研磨階段，主要檢測(cè)設(shè)備是三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量精度很高，但是這種逐點(diǎn)測(cè)量方式的效率低，尤其是在測(cè)量大尺寸(例如米級(jí))透鏡毛坯時(shí)，大型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)價(jià)格昂貴，且不易P131動(dòng)，不便于使用。

該課題組提出，用雙目光學(xué)三維測(cè)量方法重建透鏡粗毛坯的表面。雙目視覺(jué)原理類似于人眼的三維感知。左右兩個(gè)不同位置不同角度放置的攝像機(jī)，同步拍攝毛坯表面圖像，經(jīng)過(guò)同源點(diǎn)匹配和視差計(jì)算，可以用三角法對(duì)毛坯表面進(jìn)行三維重構(gòu)。但是，由于透鏡毛坯強(qiáng)散射特性，基于空域的結(jié)構(gòu)光編碼方法會(huì)出現(xiàn)解碼誤差。課題組提出用時(shí)域散斑技術(shù)進(jìn)行時(shí)域方向的編碼，實(shí)驗(yàn)中順序投影20幅帶通隨機(jī)數(shù)字散斑圖像，對(duì)于每個(gè)像素點(diǎn)，都有一個(gè)20維度的編碼。通過(guò)比較左右待匹配點(diǎn)碼值之間的漢明距，可以在極線方向?qū)ふ业酵袋c(diǎn)對(duì)。另一方面，偏振技術(shù)被運(yùn)用于消除透鏡毛坯的多次反射問(wèn)題。最終，全場(chǎng)的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)在短時(shí)間內(nèi)被成功重建出。

相對(duì)于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，該方法實(shí)現(xiàn)了透鏡毛坯表面的快速、全場(chǎng)、低成本的三維測(cè)量，是一個(gè)很有前景的測(cè)量方法，尤其是對(duì)米級(jí)尺寸的透鏡毛坯測(cè)量具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

該項(xiàng)研究成果得到中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目、上海市科委專業(yè)技術(shù)服務(wù)平臺(tái)項(xiàng)目、上海市自然科學(xué)基金項(xiàng)目的支持。