基于Talbot-Moiré法的长焦透镜焦距测量的极限精度分析

长焦距测量的Talbot-Moiré法是研究热点,目前很多方法虽然都是基于Talbot现象和Moiré技术,但基本原理和实验方案各不相同,因此焦距计算公式也不相同。基于透镜位相变换作用,利用Talbot效应和Moiré条纹,通过图像处理的方法获得条纹的斜率变化,根据焦距与莫尔条纹斜率之间的关系求得透镜焦距。由于长焦透镜的焦距相对于被测透镜厚度大得多,完全可以看作是薄透镜对光束的变换,可用薄透镜对球面波的变换作用来近似表示其对高斯光束的变换。因此,该方法测量长焦透镜焦距对于高斯光束与非高斯光束焦距测量结果无差别,均适用。最后全面分析了该测量方法的误差及精度极限。在影响测量精度的各个误差因素中,光栅节距误差对焦距测量的影响最为显著。     

基于Talbot-Moiré法测量透镜焦距的CCD亚像素标定技术

利用Ronchi光栅的Talbot效应和Moiré条纹测量长焦透镜焦距,根据焦距与莫尔条纹斜率之间的定量关系可求得透镜焦距.分别采用Canny算子和形态学方法对光栅的栅线中心进行像素级定位,再用高斯曲线拟合对其进行亚像素定位.经过对标准条纹的标定,验证了该方法的条纹中心定位误差小于0.1个像素.采用光栅作为系统的自基准对CCD像素当量进行了亚像素标定,为条纹斜率和宽度的计算提供了可靠的测量基准,经过计算,采用这些数据计算的焦距误差为0.10%.     

基于Talbot-Moiré法测量透镜焦距的CCD亚像素标定技术

利用Ronchi光栅的Talbot效应和Moiré条纹测量长焦透镜焦距,根据焦距与莫尔条纹斜率之间的定量关系可求得透镜焦距.分别采用Canny算子和形态学方法对光栅的栅线中心进行像素级定位,再用高斯曲线拟合对其进行亚像素定位.经过对标准条纹的标定,验证了该方法的条纹中心定位误差小于0.1个像素.采用光栅作为系统的自基准对CCD像素当量进行了亚像素标定,为条纹斜率和宽度的计算提供了可靠的测量基准,经过计算,采用这些数据计算的焦距误差为0.10%.     

基于Talbot-Moiré法测量透镜焦距的莫尔条纹的图像处理

利用Ronchi光栅的Talbot效应和Moiré条纹测量了长焦透镜焦距,并根据焦距与莫尔条纹斜率之间的定量关系可求得透镜焦距.为获得条纹斜率,用CCD采集莫尔条纹图像后,利用数学形态学滤波方法进行图像滤波平滑等预处理,有效地增强了图像的对比度.通过二值化、细化获得单像素宽连通的条纹,通过对条纹进行标记,为条纹斜率的直线拟合计算提供了可靠的数据,采用这些数据计算的焦距的误差为0.10%.     

基于Talbot-Moiré法测量透镜焦距的莫尔条纹的图像处理

利用Ronchi光栅的Talbot效应和Moiré条纹测量了长焦透镜焦距,并根据焦距与莫尔条纹斜率之间的定量关系可求得透镜焦距.为获得条纹斜率,用CCD采集莫尔条纹图像后,利用数学形态学滤波方法进行图像滤波平滑等预处理,有效地增强了图像的对比度.通过二值化、细化获得单像素宽连通的条纹,通过对条纹进行标记,为条纹斜率的直线拟合计算提供了可靠的数据,采用这些数据计算的焦距的误差为0.10%.     

小口径长焦透镜的焦距检测技术

基于朗奇-泰伯效应及莫尔条纹技术,利用发散光和不等周期光栅的焦距测量方法被用于小口径长焦透镜的焦距测量。将一块曲率半径存在加工误差的平凹长焦透镜作为待测透镜进行焦距测量。在未知透镜真实曲率半径的情况下,首先计算待测透镜曲率半径误差对焦距检测精度的影响,并确定透镜在整个检测系统中的位置,然后进行透镜焦距实际测量,分别计算多组测量焦距值。通过对比发现,在未知待测透镜曲率半径的情况下,检测焦距的重复性、稳定性均一致,所测焦距均为33200～33270mm,且重复性精度高于±0.055%,测量精度优于焦深的1/5。结果充分说明,所提方法对小口径长焦透镜的焦距检测是可靠、有效的。     

长焦距测量系统的像差误差校正方法研究

针对长焦距测量中被测透镜像差引入的焦距测量误差提出了一种校正方法。传统长焦距测量中使用高斯公式来计算被测透镜的焦距值,未考虑被测透镜像差引入的误差。在采用发散光作为测量光束的大口径光学元件焦距测量中,该误差成为了影响测量精度的重要因素。详细分析了基于发散光和泰伯效应的长焦距测量法,利用数值方法获得了误差修正值,并与Zemax的仿真结果进行了对比。利用Visual C++编程,实现了测量结果的自动校正功能。对名义焦距值为13500mm和31251mm透镜的测量数据分别进行校正后,其相对于名义焦距值的测量精度分别优于0.007%和0.022%。将校正后的测量精度与干涉仪法的测量精度进行了对比,结果充分说明了该方法是可靠和有效的。     

基于平行光管法的薄凸透镜焦距测量

薄凸透镜是光学仪器中最重要、最基本的元件,在天文、军事、医学等众多领域发挥着重要作用。焦距是薄透镜、反射镜等光学系统最重要的特性参量,因而准确测量薄透镜的焦距则显得尤为重要。实验室测量薄凸透镜焦距的方法有物距像距法、自准直法、光电法、平行光管法等。由于采用前3种方法测量透镜焦距的精度偏低,针对该问题,提出利用平行光管法测量薄凸透镜的焦距,并对实验误差作简单分析。实验结果表明,该方法可以高精度地测量薄凸透镜焦距,相对误差仅为0.138%。因此,采用平行光管法的薄凸透镜焦距测量方法是有效可行的。     

计算全息法测量长焦透镜面形和焦距

为了同时对长焦透镜的面形和焦距进行高精度检测,提出在Zygo干涉仪的球面光路中加入一个二元衍射元件作为检测件的计算全息法。 首先对计算全息法检测长焦透镜的面形和焦距进行了理论推导,并给出焦距误差公式。在Zemax中使用在平面基底上制作的二元衍射元件对一个长焦透镜的面形和焦距进行了模拟检测,其中对该长焦透镜面形的干涉检测PV值为0.0034λ,对焦距的检测精度为-0.11%。最后详细分析了两类误差对检测结果的影响,其中光学元件的位置误差影响不超过0.1λ;二元衍射元件的制造误差影响约0.01λ,在具体制造过程中,其径向位置误差和台阶误差可分别在2 μm和5 nm之内。在综合考虑各项误差的情况下,该方法的检测精度仍然可控制在2λ/25之内。     

薄透镜厚度引起焦距测量误差的探究

从理想光具组的焦距公式出发,理论上分析了薄透镜厚度引起焦距测量的误差。采用物距像距法测定焦距,并与二次成像法测得的焦距比较,得出实验结论：采用物距像距法测量焦距,因薄透镜厚度引起的误差大小等于物距像距法测得的焦距与二次成像法测得的焦距之差;由于薄透镜的厚度越厚,折射越靠近光心,所测得的焦距值会偏小,因此对厚度引起的系统误差进行修正,得到修正后的焦距为fm＋Δf。     

对《根据He—Ne激光束的束腰变换测薄透镜的焦距》的看法

用Ｈｅ－Ｎｅ激光束的束腰变换测薄透镜焦距必须满足一定条件，在一般的条件一这种方法会使实验复杂化，不能加强对高斯光束经透镜的了解。     

基于多光束干涉的长程轮廓仪

为提高长程轮廓仪(LTP)面型检测的精度,提出一种使用波面型等光程多光束分束器的LTP。该分束结构可将入射光束分成若干束等光强等光程的相干光。在理论上分析计算了傅里叶变换(FT)透镜焦平面上干涉条纹的位置和强度分布,探究了零级干涉主极大条纹宽度、振幅和±1级干涉主极大条纹振幅与多光束分束器各结构参数之间的关系。通过选取合适的参数设计了基于多光束干涉原理的新型分束器,并与传统分束器进行了仿真实验比较,设计了测量系统中的准直镜和FT透镜,在Zemax软件中建立了完整的光学系统模型,并对该模型进行了实验验证。结果表明多光束干涉长程轮廓仪可以实现对被测表面斜率的测量,其在探测面上的干涉条纹宽度比传统双光束干涉窄,光强也更加集中,可以提高LTP的测量精度。     

利用联合付里叶变换谱干涉法测量透镜焦距

本文提出了采用联合付里叶变换频谱干涉法测量透镜焦距的方法。输入面上两个分布完全相同的图像经光学付里叶变换在频谱面上得到二者付里叶变换频谱的干涉条纹，通过测量干涉条纹的间距即可得到透镜的焦距。该方法装置简单、操作调整方便；易于采用实时空间光调制器、ＣＣＤ及微机实现快速自动测量，且具有较高的精度。文中进行了原理分析和实验验证。     

薄透镜焦距测定的改进及误差分析

本文通过对薄透镜距测量的改进，并以薄透镜焦距测量为例进行误差分析及讨论．恰当地运用数学工具对观测数据做出科学的分析处理，获得正确的结论，对提高实验能力和运用误差理论来处理实验数据起到很大作用．     

激光热透镜效应及其等效焦距测量实验设计

基于共轴双光束干涉法设计了激光热透镜效应及其等效焦距测量装置.使用厚度约为200μm的薄酱油层样品作为观察热透镜效应的介质,将其置于半导体激光器的汇聚点上,可以在光屏上观察到同心衍射圆环,定性演示激光热透镜效应,并对热透镜的等效焦距进行定量测量.实验结果显示:薄酱油层在半导体激光照射下产生的热透镜效应可等效为凹透镜;基于共轴双光束法的热透镜等效焦距测量较为准确,利用Origin软件对8组实验数据进行线性拟合,相关系数为0.997.     

基于图像处理的莫尔条纹测量的CCD亚像素标定

 Talbot-Moiré技术是目前长焦距测量研究的热点。利用Talbot-Moiré技术测量长焦距时,很多都需要测量莫尔条纹的宽度或斜率,而CCD的标定精度直接影响测量精度,因此需要对CCD精确标定。文中提出采用光栅作为系统的自基准进行标定,再用图像处理的方法标定CCD。为了检验该方法的精度,在MATLAB中生成一个标准条纹图案,用图像处理和灰度拟合对其进行亚像素定位。经过对标准条纹的标定,验证了采用该文的定位方法条纹中心定位误差小于0.1个像素。最后用光栅为自基准标定了CCD,并与量块的标定结果进行了对比,证明该文的标定方法不但简单可行,而且精度较高。     

Ronchi光栅Talbot效应长焦距测量的准确度极限研究

针对基于Ronchi光栅Talbot效应的长焦距测量方法,分析了利用傅里叶变换求取莫尔条纹角度的准确度限制,提出了通过傅里叶变换的多次迭代逼近来提高角度计量准确度,从而提高长焦距测量准确度的方法,并在此基础上分析了这种方法的准确度极限.     

薄透镜的焦距测量及测量结果评价

测量薄透镜焦距的方法很多,本文通过其中常用的两种,即物距像距法和二次成像法(又称贝塞尔法),测凸透镜焦距的实际测量及误差计算,来评价该实验结果的好坏。一、物距像距法测量凸透镜焦距 1.由凸透镜公式(图1)式中u为物距(AB),v     

基于酱油热透镜效应的现象演示及焦距测量

为了演示低功率高斯激光条件下的热透镜效应,采用酱油作为研究介质,设计了简易、低成本、安全可靠、可控性好的可视化装置,来观察该非线性光学效应,采用光学成像法与高斯光束变换法测量热透镜等效焦距,通过比较验证,得到的结果接近,证明了这两种方法的可行性.     

根据He－Ne激光束的束腰变换测薄透镜的焦距

根据Ｈｅ－Ｎｅ激光束的束腰变换测薄透镜的焦距陈智浩，余建斌，马上海（福建师范大学物理系，福州３５０００７）在学生实验中，有多种方法可测透镜的焦距．本文设计的新实验，是根据Ｈｅ－Ｎｅ激光束的束腰变换来测量薄透镜的焦距．通过该实验，可以加强对激光束经透镜...