以二维光学点阵形变为基础面形测量分析

李剑奎

摘要：在精密测量领域，反射镜的面形占有重要地位，其光学点阵是通过光场光源的大小以及多变性得到的，因此，会将两者相互结合，得出一种测量方法，二维光学点阵形变快速面形测量，这种测量方法与传统的测量方法相比，具有一定的优势。將空间三维与光学相结合，建立起一个全新的数据化模型，而点阵质心的面形重构算法是包含了二维光学点阵变量以及三维反射镜面形两种数据模型的一种全新的算法。基于此，本文以点阵质心的面形重构算法测量方法以及测量进行实验分析。

关键词：光学点阵;面形;测量分析;反射镜

现阶段，镜面以及精密反射镜在我国很多领域得到发挥的空间，例如医疗器械的制造、航天事业工程、精密的器械制造等等，都有精密反射镜的身影。但是在反射镜的发展中，由于传统的面形的在线实时测量技术以及不能满足当前反射镜测量的发展，因此，将反射镜面形测量方法与光学相结合，利用光学点阵形变的测量手段的优势，为反射镜面形的测量提供技术支持。因为光学点阵形变技术在进行测量时具有极高的数据精准度以及线上测量，一定程度上提高了反光镜面形测量的速度，进而使反光镜面形实现高质量、高品质、高水准的测量技术。

一、测量实验背景

光学点阵形变在反射镜面形测量方法中，起到推动作用。光学的在线监测手段是在双方不用接触的情况下，将反射镜面形的面形信息通过发光点的形式接收，因此在测量实验中，可以将其分成多种技术手段进行测量。通常在测量实验中用率较高的技术是光学探针法、相位测量偏折法以及干探测量法，其中几种方法都具有一定的优缺点，例如光学探针法在测量实验过程中明显优于传统探针技术手段，具有精准度高，垂直分辨率高的特点，但是此类技术具有一定的局限性，垂直测量的范围小。干探测量法具有测量速度快，纵向分辨度高的优点，导致这种技术手段搜外界影响较大，进而影响测量数据偏差。相位测量法数据是将其分为多种技术，通过全方位地进行测量，这种测量技术可以实现三维测量数据的形态，数据准确性高，结构稳定，但是在测量过程中容易受反射镜侧面变形的缺陷影响，导致测量误差。因此，本次开展光学点阵技术在反射镜面形测量实验[1]。

二、测量原理

在进行反射镜面形测量时，将光学点阵技术应用其中，将光点以计算机技术大力，将转化填入空间光调制器，在通过空间光调器的运转中，将其转化成两个焦距不同的透镜，在将反射镜侧面投射至光学点阵上，在测量过程中光学点阵的位置以及形状会受反射镜面形测量吗面的表面高度影响。在光电被形变后会将其投放至相机镜片中，进而将相机中的成像与平面成像进行光学点阵测量，最后将其数据信息趣多面访信息相比对，形成空间形态的几何状态，便于分析，更加清楚地分析反射镜测量面的面形信息[2]。

三、面形测量分辨率范围

在反射镜面形检测过程中，横向分辨率“X”是相机中的成像焦点与实际反射镜测量面的水平偏差数值。在反光镜面形测量中，反射镜的测量面会存在一定的倾斜，与水平面形成的倾斜角，经过光学点阵形变将面形呈现在相机中时就会产生一定的偏差，与实际测量存在距离差距AB[3]。如果在相机成像中有两个相邻的两个像素点，对应的是不同的反射角，那么这种水平偏转角的算法就会被转化成正切角。将光学点阵的片力量利用质心算法使横向分辨率等于光学点阵的周期，例如相机的像素为4665μm，那么在相机成像素质放大后，将其带入Xcam=Xpixel/M1公式中就会得到像素点的横向分辨率，通过实验得出反射镜横向测量范围与空间光调器的像素以及成像放大有关[4]。

四、测量实验结果

可调性是变形镜面形的重要标志，在实验测量中将变形镜作为测量面，变形镜尽量选择动态范围大，线性度好的进行实验测量。在实验过程中通过控制光学点阵的形态得到不同的变形镜面形，再将光学点阵周期带入空间光调其内部进行调节，进而产生两个焦距数值不同的透镜，利用光学点阵反射的原理，将焦距不同的变形镜侧面投放到相机中，得到相机成像图。其次在经过Matlab技术对相机中的成像图进行数据分析，通过一系列技术手段的处理，将变形镜面形测量以数轴的形式呈现出来，这样可以更加清楚地看出光学点阵形变在变形镜面形测量中的数据变化，得出实验结果。实验结束后，经过对比发现光学点阵形变测量的准确度非常高，并且，光学点阵形变测量会跟随测量面的倾斜角而改变，侧面倾斜度越大，光学点阵形变测量数值就会越准确，面形测量的精准度越高，稳定性越好[5]。

结束语：

通过实验验证了光学点阵形变在反射镜面形测量中应用的可行性，通过将光学点阵变形于计算机技术融合得到的原理，将反射镜侧面的数据信息整合成三维立体的几何模型，通过反射镜不同的倾斜角的测量分辨率范围，明确光学点阵形变在反射镜面形测量中应用的准确性。通过需求控制光点的折射，达到光电的大小形态适宜。光学点阵形变技术相比传统的折射技术来说更加的灵活，能够进一步满足面形测量的需求，并且测量数据更加准确清晰，能够通过光学点阵的周期来适应实际面形测量的需求，并且在数据计算时，相比传统测量技术更加便捷。

参考文献：

[1] 胡春光， 曲正， 查日东，等. 基于二维光学点阵的漫反射型表面形貌测量方法：， CN109579747A[P]. 2019.

[2] 李江春. 暗记点阵形态特征鉴别彩色激光印刷文件的可行性研究[J].  2021（2018-2）：114-122.

[3] 孔梅梅， 高志山， 陈磊，等. 人眼晶状体的面型和折射率对成像影响的模拟分析[J]. Chinese Optics Letters， 2008， 6（5）.

[4] 邵山川. 基于条纹反射法的金刚石车床在位反射镜面形检测技术研究[D]. 中国科学院大学（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所）.

[5] 胡春光， 曲正， 胡晓东，等. 基于变焦镜头的无衍射二维光学晶格周期调节系统：， CN110262044A[P]. 2019.