移相技术和算法的研究,最终都会服务于实际加工行业。在实际光学加工中,光学元件有着各式各样的形状和尺寸,以及各种不同的用途,为了满足这些不同的需求,各种检测仪器被相继生产出来,其中运用最广泛的是波面干涉仪,它的测量精度高于其它仪器。随着对光学元件表面测量的要求逐渐严格,例如精确度、速度以及信息储存等方面,人们对相关仪器的标准也越来越高,这促使干涉仪与各种先进技术结合,使干涉测量高速化、精准化、数字化。国外在干涉仪方面的研究早于我国几十年的时间,已经生产出了许多服务于各个方面的数字波面干涉仪,例如美国的ZYGO公司,九十年代就生产出了MARK-IV型干涉仪,现如今有PTI 250型激光干涉仪等多种产品,是干涉仪制造产业的龙头企业;德国的Zeiss公司,生产出历史上第一支参照相关正统理论的显微镜,在如今的顶尖光学领域依然是佼佼者。在我国,这方面研究比较著名的高校和研究机构有南京理工大学、浙江大学、天津大学、华中科技大学、北京理工大学、长春光机所、上海光机所等,在干涉仪的研制方面做出了杰出贡献,取得了重大的突破,生产出许多拥有自主知识产权的干涉仪器,并面向市场推广,弥补了我国在数字波面干涉仪方面的弱势。81682
运用在数字波面干涉仪中的技术称为移相干涉技术,随着激光技术、图像处理技术、计算机技术、光电探测技术和精密机械技术等的发展,现代干涉测量技术也得到了突破性的发展。其中激光技术解决了干涉的光源问题,激光光源分布涵盖从紫外到红外的整个波段,对研制测量不同波段的干涉仪提供可能;光电探测技术改进了仪器的空间分辨率和相位分辨率,促进其发展进程。移相干涉术是于1974年,由Burning等人研究并提出相关理论,传统的干涉仪一般是光机型目视干涉仪,发展至今,人们已将移相干涉技术引入干涉仪中,将干涉仪改进成数字波面干涉仪,现如今,已开发出激光数字波面干涉仪,很好的提升了测量精准度,扩大了测量领域,增加了测量手段。
在移相干涉中,运用较广的移相的方法有空间移相法和时间移相法两种分类[5],其中空间移相法的关键在于运用何种方法分光和引入移相,据此,将空间移相法的干涉系统分成“普通分光镜分光+偏振移相”、“光栅分光+偏振移相”、“光栅分光+光栅移相”三类。几乎所有的干涉系统都使用三步移相法或四步移相法,这样的操作可以简化系统结构。另一方面,因为空间移相法的位移测量精度有一定要求,需要探测器之间或同一探测器的不同部位之间的光电性能一致,同时不同空间位置的干涉图必须进行一定的位置配准,使之满足空间一致性。时间移相法的研究者是Carre,并于1966年发展理论,其原理是在不同的时间段内改变移相,将产生的多幅干涉图运用不同算法计算出待求相位值,常见方法有压电晶体移相、偏振移相、光栅衍射移相等。论文网
各类干涉算法因干涉条纹的固有性质(周期性),只能得出包裹的相位分布。随着干涉测量技术、磁共振成像技术、合成孔径雷达技术等的发展,相位展开技术逐渐成为一项重要的技术手段,受到人们广泛的关注。对于理想的包裹相位图,即不包含噪声点、边缘规则的包裹图像,Itoh在1982年提出了基于包裹相位梯度线积分的解包算法[6]。但是在现实计算的包裹相位图中,常常存在噪声、瑕疵、被测轮廓跳变、条纹欠采样等问题,为了解决这些问题,这几十年来,许多算法不断涌现。基于这些算法的原理,可以分成路径跟踪算法和全局展开算法,接下来分别介绍两类算法的发展现状。