STC89C54单片机PSD的光点移动量测量系统的研究(4)
在移相干涉测量中，振动引起的移相及相位测量误差(包括线性误差和高次谐波误差)可以通过算法进行一定程度的修正。这些算法有的能对参考光束的移相线性误差进行自校正【11】或对移相误差进行线性近似【12】、积分近似【13】，有的可以对因振动、光强不稳定以及移相不均产生的非线性误差进行补偿【14-19】。
2.2 硬件技术：几种典型的抗振型移相干涉技术
2.2.1 快速采集干涉图法
该方法就是通过快速移相以及缩短干涉图采样时间，将整个过程的时间缩短到远远小于环境振动周期，从而明显减小振动对干涉测量的影响。其典型代表是D.Colucci等人提出的视频位相采集系统[20]以及Cole提出的基于高速移相与CCD快速采样的振动补偿方法[21]。这类方法虽然装置简单易于实现，但是由于受到CCD帧频的限制，测量速度难以进一步提高，只能对低频振动有较好补偿效果。
2.2.2 同步移相干涉测量技术
常见的移相干涉仪都是分时采集各帧移相干涉图的，这样就不可避免地要受到环境振动的影响。若能同时快速采集具有恒定移相步长的各帧干涉图，则可从根本上避免环境振动对移相步长的影响。基于此想法，Phase Shift Technology公司的Koliopoulos于1991年提出了同步移相干涉术(SPSI) [22]。同步移相干涉术采用偏振分光和移相薄膜技术，用四部CCD摄像机同时采集相互移相π/2的四幅干涉图，然后通过这四幅干涉图计算出位相分布图，可以得到被测表面面形。系统要求使用带高速电子快门的CCD摄像机和高功率激光管，对光学及电子器件的要求极为严格，使得系统价格十分昂贵，控制也较为复杂。
近几年来，南京理工大学的左芬等人也实现了利用光栅分光的同步移相干涉测量[23-26]。2006年，J. E. Millerd等提出了一种利用短相干光源光程匹配方法来实现同步移相，从而改善平行平板面型测量误差[27]。
虽然这些方法在一定程度上减小振动带来的误差，但是对系统硬件的要求都非常的高，价格也是很昂贵，而且常常还会带来其他的一些误差。
2.2.3 共光路散射板移相干涉法
这是从光学结构的角度提出的抗振技术。
共光路干涉系统具有对振动不敏感的优越特性。图2.1为球面镜面形测试的
共光路散射板干涉仪装置。聚焦透镜将光源成像到被测镜面的中心，在光路中
有一个分束器和一个散射板，射入散射板的光出射后分成两部分:直射光和散射光，这两部分光经被测镜面反射后再次穿过散射板，这样从散射板返回的光就分成了这么四个部分:直射一直射光、直射一散射光(作为参考光)、散射一直射光(作为测试光)、散射一散射光。返回的直射一散射光和散射一直射光经过成像透镜形成干涉图样。直射一直射光只是在图形中心形成一个热点(hotSpot)，散射一散射光形成了干涉图样的背景辐射。由于直射一散射光与散射一直射光均由被测件反射(共光路)，外界环境振动对它们的影响是相同的，因此散射板干涉仪对振动是不敏感的。在这种干涉仪中，其关键部件是散射板，它具有反转对称的特性。横向移动散射板可以调整干涉图的倾斜量，轴向移动散射板可以调整干涉图的离焦量。由于散射板加工较困难并且只能测量象凹面镜这样具有旋转对称性的光学元件，所以这种干涉仪在很长一段时间内得不到广泛应用。
图2.1 用于凹面镜测试的散射板干涉仪
2.2.4 机电反馈式
机电反馈式干涉仪是利用光电探测器探测外界振动引起的条纹移动或者干涉光强变化，即探测振动信号，然后用FBSG（反馈信号发生器）对振动信号进行处理，转为相应的电压控制信号，这个控制信号包含了被测波面相位和预设相位信息。反馈电压控制信号到PZT（压电陶瓷）驱动电源，驱动PZT补偿由于振动造成的参考光束和测试光束之间的光程差变化，使被测波面相位与预设相位相等，从而锁定干涉条纹。