双远心数字条纹投影的光学系统设计

针对3D自动检测PCB板缺陷的实际应用问题,设计了一款高分辨率、大景深、大视场的双远心数字条纹投影光学系统,实现了大面积区域均匀投影。分析了基于0.65 WQXGA DMD的双远心数字条纹投影系统的工作原理及设计指标;设计了基于复眼透镜阵列的LED匀光照明系统,在DMD照明面内的照明均匀性为90.5%,且能量利用率为45.8%;设计了双远心结构的投影光学系统,投影视场为66.5mm×37.5mm,并在全视场范围内分辨率在8lp/mm处的MTF值大于0.5。利用光学软件建立双远心数字投影整体系统模型,仿真结果表明,被投影区域均匀性为90.8%,投影条纹在+/-7.5mm的离焦范围内投影清晰且周期均匀,综合提高了3D自动检测系统的投影质量。     

形貌与微变形全场光学同时测量方法

在实际工程应用中,对材料形貌和结构变形等参量的检测是必不可少的,而且往往需要进行多参量同时测量。针对该背景,采用数字散斑干涉与数字条纹投影相结合的测量方法, 设计了一种集成光路,通过在数字散斑干涉实验光路中引入一个投影设备,实现物体表面形貌和微变形的同时测量。所提出的方法具有全场非接触测量的优点,且测量光路简单、操作方便、效率高、可靠性强。该方法的形貌测量分辨率优于10 μm,形变测量分辨率优于30 nm。     

数字微镜器件动态红外场景投影技术

动态红外场景投影(DIRSP)技术是考察和评估红外成像测量跟踪系统性能指标的主要方法。本文回顾了国内外DIRSP技术的发展现状及应用,概述了几种主要的DIRSP技术及其特点。在详细介绍数字微镜器件(DMD)的工作原理及机械结构的基础上,总结了灰度等级控制的方法及其特点。通过对3种数字光处理(DLP)显示系统投影原理的对比,指出了各自的特点和应用场合。重点分析了基于DMD的DIRSP系统—微镜阵列投影系统(MAPS)的工作原理、系统结构、性能指标及技术优势,并讨论了将DMD应用于DIRSP所采用的6大关键技术。最后,结合DIRSP技术的应用背景和国内外研究现状,对下一步的研究工作做了展望。     

基于MATLAB光栅周期校正方法的研究

针对投影机倾斜投影产生的光栅周期展宽现象带来的误差,对投影机倾斜投影时光栅相位的变化关系进行分析,用Matlab编写生成一个条纹周期不均匀的校正光栅,输出到投影仪投影,使得倾斜投影到参考面上的光栅条纹周期均匀,以提高光栅投影三维测量的精度。实验结果表明,该方法可以有效地将倾斜投影到参考面上的条纹周期变得均匀。     

中波红外景象投影光学系统消热差设计

针对红外成像系统性能测试与评估的应用需求,设计了一套基于数字微镜器件的消热差的中波红外景象投影光学系统.探讨了红外视景仿真用投影光学系统的像差特性和设计方法,并对投影系统的无热化进行了分析.采用分光板和补偿板方案,解决了大相对孔径条件下投影系统的远心照明分光和像差平衡问题,提高了分辨率和均匀性,增大了视场.系统由远心投...     

离焦条纹投影三维测量中正弦光栅的二值化方法研究

采用离焦二值条纹投影技术进行三维面形测量可以克服数字投影仪的非线性响应,同时有利于提高投影速度,实现高速测量.通过理论分析和实验研究了采用数字投影仪时二值条纹的基频、高次谐波能量分布与条纹周期的关系.结合相移算法,以相位测量误差为指标,衡量各种二值条纹的性能.研究结果表明:在周期小时,罗奇光栅和二维误差扩散算法生成的二值条纹离焦后能产生正弦性较好的条纹;在采用满周期等间隔奇数次相移时,罗奇光栅离焦能获得更高的测量准确度;在周期大时,采用优化脉宽调制方法得到的二值光栅离焦测量准确度最高.研究结果为离焦条纹投影三维测量中二值光栅的选择提供了依据.     

随机散斑投影粗粒反光表面图像采集方法

针对粗粒反光表面在一般光源照明条件下产生的局部反光问题,提出一种基于随机散斑投影的图像采集方法.以主动投影照明的方式在工件表面形成系列随机散斑图案,利用组图冗余信息抑制反光,生成光强均匀且高信噪比的融合图像.给出了随机散斑图畸变矫正方法,实现高效的密度均匀散斑投影.实验结果表明,所提方法很好地抑制了工件表面局部反光问题...     

红外目标模拟系统DMD成像非均匀性分析及校正

基于数字微镜阵列（DMD）的红外目标模拟系统具有高分辨率、高帧率和大温度范围等优点，能够经济、有效地检测和评估红外探测系统的工作性能。为了研究基于DMD的红外目标模拟系统中照明系统的结构设计对成像均匀性的影响并减小像面照度不均匀性，提出了一种消除成像不均匀的方法，对DMD照明系统的结构参数进行了分析和设计，以成像光束截面积之比作为相对照度指标，建立了数学模型，用软件进行数值仿真，得到了能消除因渐晕导致的照度不均匀现象的结构参数和像面各点相对照度分布在88.75%～1；并用TracePro验证了理论分析的结果，得到像面各点相对照度分布在90.91%～1，与理论分析结果相符，证明了在DMD照明系统结构参数设计合理的情况下，该方法可以有效降低因渐晕导致的像面照度不均匀性，为红外目标模拟系统结构参数的设计和像面照度分析提供了参考。     

基于三维缺陷检测的双光路双远心光学系统设计

针对基于SMT技术生产的PCB板产品的三维缺陷检测问题,设计了一款高分辨率、高远心度及低畸变的双光路双远心光学系统。它通过远心投影物镜经共光路物镜将DMD数字条纹均匀投影至待测物面,同时经由共光路物镜和成像物镜收集物面反射条纹光至CMOS接收面。使用ZEMAX光学软件分别对三部分镜组进行优化设计,分析了系统的像差和调制传递函数。设计结果表明:共光路物镜部分采用长工作距离、大视场角及物方远心结构,空间频率50lp/mm处,各视场的MTF接近衍射极限;投影光路畸变小于0.1%,在投影面上全视场范围MTF在6lp/mm处大于0.8且条纹周期均匀;成像光路畸变小于0.05%,在全视场范围MTF在80lp/mm处大于0.3。仿真成像结果表明,在离焦量为+/-6mm时仍能达到景深范围内分辨率要求,能有效提高3D AOI检测质量。且双光路双远心系统所用材料基本为普通玻璃且重复率较高,利于加工和节省成本。     

单幅层析全息图的记录及数据重建

进行了数字单幅离轴层析全息图记录和数值处理模拟分析及实验研究.首先定义了单幅层析全息图并分析了基于多向投影的数字单幅离轴层析全息图频谱分布特点, 由此表明它的可处理性.在此基础上,数值模拟分析了基于三向投影的单幅离轴层析全 息图记录与各向投影信息的分离提取, 最后选择了具有周期结构的透明光栅(周期为100 μm)作为实验样本, 实现了三向投影的单幅层析全息图的记录以及数值重建, 三束物光波重建周期值误差在4%-5%范围内.模拟分析及实验结果验证了单幅层 析全息图记录与信息分离的可行性,同时为实现具备实时检测功能的极少量投影数字全息 层析系统提供了重要的技术基础.     

Research on high-quality projecting reduction lithography system based on digital mask technique

In this paper, digital mask technique is presented, and a high-quality projecting reduction lithography system has been set up successfully. The core device of digital mask technique is digital micromirror device (DMD) which belongs to one of the electrically addressed spatial light modulators. The output image of DMD can be equivalent to a gray-scale mask of high precision, which can control the exposure precisely. If it is combined with a high-quality projecting reduction system, the fabrication of submicron diffractive optical elements can be realized successfully. The overall design of the system is described in detail, and some diffractive optical element masks are fabricated. Experimental results verify that the system is feasible. In the end, system characteristics and system error are summarized.     

像面滤波技术在无透镜傅里叶变换数字全息中的应用

无透镜傅里叶变换数字全息波前重建主要采用全息图的一次快速傅里叶变换方法,重建图像不能充分占有重建平面.本文基于像平面滤波技术,提出对物体局部区域光波场进行放大重建并让重建图像布满重建平面的方法,给出具有精细结构物体的数字全息波前重建实例.此外,将数字全息光波场重建视为具有方形出射光瞳的光学系统的相干光成像过程,导出了物体放大图像的分辨率与光学系统相关参量的关系,并通过实验给予证明.     

像面滤波技术在无透镜傅里叶变换数字全息中的应用

无透镜傅里叶变换数字全息波前重建主要采用全息图的一次快速傅里叶变换方法,重建图像不能充分占有重建平面.本文基于像平面滤波技术,提出对物体局部区域光波场进行放大重建并让重建图像布满重建平面的方法,给出具有精细结构物体的数字全息波前重建实例.此外,将数字全息光波场重建视为具有方形出射光瞳的光学系统的相干光成像过程,导出了物体放大图像的分辨率与光学系统相关参量的关系,并通过实验给予证明.     

数字全息变焦系统的研究及应用

从4f系统及照像机变焦镜头的设计思想出发,提出并设计了一个由三面透镜组成的数字全息变焦系统.该系统具有4f系统的性能,且可以方便地改变横向放大率,适应实际检测物体尺寸及形状的变化.用几何光学表述了变焦系统的工作原理,基于矩阵光学理论介绍了变焦系统的设计方法,利用衍射的角谱理论对像空间波面重构计算方法进行了介绍.并且,给出了实验证明及应用实例.     

Correction of quadratic phase error in two-wavelength digital holographic interferometry using laser diodes

We present the correction of a quadratic phase error in two-wavelength digital holographic interferometry using laser diodes. This phase error arises from numerical reconstructions of wavefronts from digital holograms based on the Fresnel diffraction integral. To correct the quadratic phase error, it is numerically produced by computer on the basis of the theoretical prediction and is subtracted from the phase difference map in two-wavelength digital holographic interferometry. Experimental results show that the method of correction in this paper is useful for two-wavelength digital holographic interferometry using laser diodes.     

Digital reconstruction of grating-distorted images through virtual-optics imaging systems

We develop a technique to correct the distortion generated by the presence of a grating that prevents correct imaging of a test object in an optical system. We use the design concept of virtual-optics imaging systems to implement a setup and a corresponding filter to remove the distortion. Results are presented showing the potential of the method.     

基于数字全息干涉术的液相扩散过程可视化

提出了利用数字全息干涉术可视化观测液相扩散过程.实验中,采用马赫-曾德干涉仪光路记录乙醇与水之间两相扩散过程的多幅数字全息图;再通过数值再现不同扩散状态的波前相位分布,获得液体中的摩尔浓度分布;最后,根据菲克定律获得两相流扩散系数.结果表明:利用数字全息干涉术可实现对液相扩散传质过程的快速、实时及高精度测量;该方法还具有可实现远程监控、拥有大量微观数据的优点;此外,采用文中全息干涉光路结合波分与角分复用技术可实现多相流扩散系数的测量,为获得溶液中非线性变化特征参量提供了有效技术手段.     

数字正交检波中的数据处理方法

详细讨论了数字正交检测中的数字处理方法,通过时域插值和选择适当的数字滤波器,可以降低对A DC采样速率的要求.最后给出NMR实验结果.     

Micro- and macro deformation measurement by extension of correlation technique

In this work, we present the implementation of Electronic Speckle Pattern Interferometry (ESPI), Digital Speckle Photography (DSP) and Digital Image Correlation (DIC) as complementary techniques to measure in-plane micro and macro displacement. The main advantage of ESPI is its great sensitivity to small displacements (smaller than the size of the speckle). However, the contrast of fringes in this technique is severely affected by de-correlation effects when the in-plane displacement exceeds the size of the speckle. To eliminate the de-correlation effects, we use the DSP technique. It is possible to generate artificial speckles, usually bigger than those generated by means of illumination of the sample with laser light. By combining DSP and DIC the displacement field can be obtained when the ESPI method cannot be applied due to image de-correlation. The experimental results show that the combination of these techniques is useful to analyze deformations over a wider range.     

Internal inspection of semi-transparent objects by digital holographic micro-tomography

The combined use of digital holographic microscopy and computer tomography, here named digital holographic micro-tomography, is used to examine the interior of transparent channels. The proposed method is used to identify internal obstacles inside of transparent troughs having slightly different refractive index. The method is based in the acquisition of a set of digital holograms of the specimen whereas it is axially rotated from 0° to 180°. The phase differences retrieved from the obtained holograms are the inputs to a computerised axial tomography procedure. The technique has been numerically modelled in order to find the optimal tomographic conditions and also to realise the minimum difference of refractive index the method could detect. The obtained results show the feasibility of the proposed method for the non-destructive evaluation of transparent micro-objects.