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。     

光栅尺测长式激光差动共焦曲率半径测量系统

为了增强高精度曲率半径测量仪器的抗环境干扰能力,满足现场使用需求,研制了一套基于光栅尺测长的激光差动共焦曲率半径测量系统。该系统利用差动共焦轴向光强响应曲线的过零点对应系统物镜聚焦焦点这一特性,对被测样品的猫眼位置及共焦位置进行精确瞄准定位,并借助光栅尺测长得到透镜猫眼位置与共焦位置之间的距离,实现曲率半径的测量。实验表明,该系统相对测量精度优于510-6,满足高精度曲率半径测量的精度需求。     

一种精确测量光学球面曲率半径的方法

在简要总结各种检测光学球面曲率半径方法优缺点的基础上,提出了利用激光跟踪仪和激光干涉仪测量光学球面曲率半径的新方法。首先,通过激光跟踪仪精确定位测量干涉仪出射球面波前的焦点和待测球面镜的曲率中心点坐标,再调整待测球面镜与干涉仪的相对位置,使待测球面镜达到零条纹干涉状态,用激光跟踪仪测定此时待测球面镜上多点的位置坐标,通过计算分析即可得到待测球面镜的曲率半径。研究和分析了这种测量光学球面曲率半径方法的基本原理,并提出了针对凸球面镜曲率半径的多区域测定平均综合优化的方法。结合实例对一口径为400mm的球面透镜进行了曲率半径的测量,测量得到其两面曲率半径分别为1022.283mm(凸面)和4069.568mm(凹面),并将该透镜进行了轮廓法测量对比,其相对误差都小于0.05%。     

透镜检测中复合自动对焦技术的研究及应用

针对光学透镜参数测量系统中的对焦问题,设计了一种粗精结合的复合自动对焦方案.在粗对焦过程中,选用全局图像的方差函数作为清晰度评价函数,用均值比较的爬山法实现焦面搜索,并用三点法判断初始对焦方向.在精对焦过程中,利用基于数学形态学的条件膨胀算法和形状因子提取目标图像,并以日标图像区域内的Brenner函数作为清晰度评价函...     

基于鬼像和像差分析的高功率激光装置透镜设计

为了设计能够满足高功率固体激光装置需求的空间滤波器透镜,采用矩阵光学方法,分析光束经过单透镜传输时剩余反射形成各阶鬼像的过程,得到鬼像位置与透镜曲率半径的关系式.该关系式表明,透镜的曲率半径设计可以控制鬼像所在的区域.根据高功率激光装置光路排布的特点简化鬼像分析,利用自行开发的鬼像追迹软件分析了主放大级鬼像分布特点.通过改变透镜的曲率半径和倾斜透镜这两种方式,基于鬼像规避和像差最小化两种原则,最终确定主放大级透镜曲率半径的最优选择为1:3弯月型,凸面朗向光学元件集中的方向.该方法可普遍应用于指导高通量复杂光学系统的透镜设计.     

基于白光干涉的光学球面半径测量研究

光学球面曲率半径是决定光学球面光学特性的重要参量,通过测量光学球面的曲率半径，可以审核光学元件设计制造质量。在基于白光干涉理论基础上，将莫尔光栅位移测量系统及CCD数字图像采集处理系统集成到迈克尔逊干涉仪上，利用CCD数字图像处理技术，构建了光学球面曲率半径自动测量系统。该测量系统对于大曲率半径的光学球面测量精度较高；对于半径R＝71.2037mm的光学球面,其测量标准误差σR＝0.4723mm。实验结果表明：设计的光学球面自动测量系统可以对大曲率半径光学球面实现高精度测量。     

裸眼3D LED显示的全息透镜板在线拼接的检测方法

全息透镜板的高精度拼接与装配是基于全息透镜技术的大屏幕LED裸眼3D显示系统搭建中的关键问题。理论计算与实验结果表明,全息透镜板与LED显示模组横向相对位置误差小于1.332mm时,可以满足显示的要求。基于裸眼3D显示系统的投射条纹,提出了基于投射条纹的全息透镜板位置实时调整方法。依据此方法提出了基于极大值测量条纹中心间距的图像处理算法,并结合LabView编写了图像处理程序。实验结果表明,使用该方法测得的亮暗条纹间距的测量精度为0.1mm,反算出全息透镜板与LED屏之间的位置误差小于0.03mm,满足实时调整全息透镜板位置的要求,可以作为全息透镜板在线拼接的检测方法。     

人眼自动对焦及瞳孔中心自动对准系统

针对现今非接触眼科测量仪器对焦对准速度慢、通用性差和操作复杂的问题,搭建了应用于眼科测量仪器的人眼自动对焦及瞳孔中心自动对准系统,并提出了基于四邻域-多方向两级梯度函数的自动对焦算法以及融合卷积神经网络智能感兴趣区域（ROI）窗口的瞳孔中心定位算法。通过实验实拍人眼离焦图像序列及人眼图像测试集,分别对提出的两个算法进行验证。结果显示：所提出的自动对焦算法的平均计算时间约为13 ms,清晰度比率为93.531,优于6种传统的评价算法;所提出的瞳孔中心定位算法的平均计算时间为10.2 ms,准确度为97.14%,相比Hough法、改进Hough法有较大的性能提升。实验结果证明所搭建的系统能够满足眼生物参数测量的准确性、实时性和鲁棒性要求,提升了仪器的自动化水平,有助于眼科测量仪器的智能化发展。     

一种基于非锐化掩蔽模型的无偏振片成像技术

液晶透镜是一种新兴的可以电控调焦的液晶器件,无需机械移动就可以实现对焦、变焦和深度测量,因此被广泛应用于摄影摄像、显微成像、虚拟现实等领域。提出一种优化的液晶透镜无偏振片成像技术。该技术结合非锐化掩蔽模型,通过分析图像像素值的变化,估算得到环境光中寻常光分量的占比,并使用非对焦图像和对焦图像进行处理,获得高质量图像。实验结果表明,优化后的技术能够有效增强图像对比度,获得优质图像。     

液晶透镜无偏振片成像的优化算法

液晶透镜因其无机械移动就可以实现对焦的优势,有望应用在机器人视觉、自动驾驶、深度测量等技术领域。在液晶透镜视觉成像系统中,为了不使用偏振片就可以获得高对比度的图像,提出一种优化的无偏振片成像算法。图像边缘体现图像的主要轮廓信息,边缘决定图像的对比度,所以此算法提取图像边缘,在边缘部分利用获取的非对焦图像和对焦图像进行图像处理,平滑区域不作处理,去除由非调制的寻常光带来的低频图像分量,提高图像边缘对比度,同时抑制平滑区域噪声的增加。实验证明,优化后的算法增强了图像边缘的对比度,相比于优化前的算法,图像噪声下降了50%。     

Design and experimental validation of novel optics-based autofocusing microscope

This study designs and characterizes a novel precise optics-based autofocusing microscope with both the large linear autofocusing range and the rapid response. In contrast to conventional optics-based autofocusing microscopes with centroid method, the proposed microscope comprises two optical paths, namely one optical path which provides a short linear autofocusing range but an extremely high focusing accuracy and a second optical path which achieves a long linear autofocusing range but a reduced focusing accuracy. The two optical paths are combined using a self-written autofocus-processing algorithm to realize an autofocusing microscope with a large linear autofocusing range, a rapid response, and a high focusing accuracy. The microscope is characterized numerically using commercial software ZEMAX and is then verified experimentally using a laboratory-built prototype. The experimental results show that compared to conventional optics-based autofocusing microscopes with centroid method and a single optical path, the proposed microscope achieves both a longer autofocusing range and a more rapid response with no reduction in the focusing accuracy. Overall, the results presented in this study show that the proposed microscope provides an ideal solution for automatic optical inspection and industrial applications.     

偏振成像在光学曲率半径测量中的应用

为了保证整个光学系统的质量,对光学曲率半径的准确测量与检验至关重要。本文将机械球径仪法与光学投影法结合,采用光电图像法对矢高进行判读,经计算可以间接测得曲率半径,具体分析了被测元件边缘特征的准确性对矢高及曲率半径测量精度的影响。本文分别采用偏振成像与普通成像的方法进行了测量与对比,发现偏振图像具有更好的边缘细节特征,矢高测量精度也得到有效提升,光学曲率半径测量误差降低了0.5%以上。结果表明,偏振成像的方法在光学曲率半径测量中具有重要的应用价值。     

同步辐射束流尺寸测量干涉仪的设计与仿真

基于同步光的干涉法,是一种非拦截高精度的束流截面测量手段。相比传统成像法,干涉法可以测量更小的束团尺寸、分辨率更好,较短测量波长下有望获得亚μm级的分辨率,因此在同步辐射光源中得到广泛应用。对合肥光源HLS II的原有同步光干涉装置,提出了将原有的干涉光路中第一面聚焦透镜换成RC结构聚焦反射镜,第二面单透镜换成双胶合透镜,以达到在不改变光路光轴情况下减小色散和几何像差,从而提高光路成像质量的目的。采用几何光路设计方法对成像质量进行评价,并进行物理光学仿真计算,得到测量系统的干涉条纹。仿真结果表明:光学系统成像的艾里斑半径减小约35%,点列图的均方根半径减小了约99%,波前差也减小了约75%,调制传递函数（MTF）的截止频率提高了约65%,采用聚焦反射镜代替原有的聚焦透镜可大幅提升光路成像质量。     

用重叠四步平均算法测量光纤连接器端面的曲率半径

曲率半径(ROC)是光纤连接器端面三个最重要的控制参数之一。介绍了测量该曲率半径的一种算法:重叠四步平均法(OAF)。对算法过程中涉及的被测波面相位主值计算及表面面形重构等方面作了理论分析,给出了模拟结果。分析了移相器位移误差对曲率半径测量的影响,给出了ROC误差与移相器位移误差关系的曲面图,并对四步平均法和OAF算法产生的ROC误差作了比较。结果表明:在有移相器位移误差情况下,OAF算法优于四步平均法,且在普通的标定误差≤5%和非线性误差≤5%所构成的移相器位移误差范围内,由OAF算法产生的光纤连接器端面ROC测量误差<7.2×10-5。     

Precise autofocusing microscope with rapid response

The rapid on-line or off-line automated vision inspection is a critical operation in the manufacturing fields. Accordingly, this present study designs and characterizes a novel precise optics-based autofocusing microscope with a rapid response and no reduction in the focusing accuracy. In contrast to conventional optics-based autofocusing microscopes with centroid method, the proposed microscope comprises a high-speed rotating optical diffuser in which the variation of the image centroid position is reduced and consequently the focusing response is improved. The proposed microscope is characterized and verified experimentally using a laboratory-built prototype. The experimental results show that compared to conventional optics-based autofocusing microscopes, the proposed microscope achieves a more rapid response with no reduction in the focusing accuracy. Consequently, the proposed microscope represents another solution for both existing and emerging industrial applications of automated vision inspection.     

四种解析解设计的短程透镜卷边对损耗的影响

根据光波导短程透镜母线曲率半径与光传输损耗的关系,利用数值计算的方法,通过计算不同母线参数条件下,四种解析解设计的短程透镜母线曲率半径,研究比较了短程透镜卷边对其损耗的影响,得出了短程透镜损耗与其有效区半径关系的曲线图,发现透镜凹面半径一定时,有效区半径越小,即卷边越大时,光传输损耗越小;短程透镜的解析改进解和最优解设计的透镜卷边存在曲率奇点.并由此得出了四种解析解设计的短程透镜有效区半径选取原则及其满足低损耗条件的取值范围.     

高清针孔镜头光学系统设计

安防监控镜头在保护人身及财产安全方面越来越重要,其中针孔镜头因其特殊的结构而被广泛运用。利用ZEMAX软件设计了一款用于公安取证,侦察,反恐及高温炉、工业检测等特殊场合的针孔镜头。针对光阑前置这种失对称的光学系统,通过控制其像散、场曲、畸变等几何像差进行优化设计。设计的镜头F数为2,焦距为6 mm,匹配1/4英寸CCD,工作光谱为可见光波段,空间频率100 lp/mm处全视场MTF≥0.48,畸变≤±3%。该设计结构简单,全部采用标准球面设计,光学总长小于22 mm。     

Three-fold effective brightness increase of laser diode bar emission by assessment and correction of diode array curvature

An optical arrangement is used to characterize diode bar curvature which is known to limit the effective brightness achievable with such devices. By introducing an inclined, cylindrical collimating lens in front of the diode bar, the curvature of the diode's beam can be reduced by more than 60%. The correct inclination angle for this method is derived. Using a beam shaper together with this correction mechanism we achieve a homogeneous beam profile with low M² values in orthogonal directions and an effective brightness increase of more than 200%.     

基于改进哈特曼法的眼镜片全孔径屈光度测量

自由曲面镜片的发展和普及,对现有的屈光度测量方法提出了挑战,也要求新的测量方法具有更高的精度以及更好的可靠性。因此,介绍了传统哈特曼检测法测量眼镜片屈光度的测量原理并提出了一种改进方法,对球面单焦点镜片和散光镜片进行仿真测量的屈光度误差均在1%以内。对改进方法与传统方法测量所得到的渐进多焦点自由曲面镜片屈光度分布图的分析结果表明,改进哈特曼检测法相比于传统哈特曼检测法具有测量范围大,精度高的特点,能够准确反映眼镜片的屈光度分布特征。