基于线阵CCD的全息光栅位移自动测量系统的研制与开发

提出了一种新型的基于线阵CCD的全息光栅位移传感器 ,该系统利用线阵CCD分辨率高、像素均匀等特点 ,对干涉条纹的移动进行精确定位 ,全息光栅在测量过程中具有不受光源波长的影响、适用光谱范围宽等特点 ,实现了位移的自动精确测量。给出了系统误差分析及结果数据 ,经实验 ,系统稳定可靠 ,精度高。     

基于面阵CCD的时间延时积分模式的空间相机自动对焦

空间面阵相机在轨运动会产生运动模糊,影响自动对焦准确率。为解决该问题,提出行间转移面阵CCD的时间延时积分(TDI)模式实现去运动模糊。选取行间转移面阵CCD KAI-1003作为成像器件,利用可编程逻辑器件(PLD)控制时序信号,匹配CCD的行转移速度与目标运动速度,实现去运动模糊。实验表明该成像系统不仅能去运动模糊而且还大幅提高图像信噪比。去运动模糊后,根据较短时间间隔内空间相机拍摄的图像有重叠区域的特点提出一种空间相机自动对焦方法。通过配准算法找出序列图像间的重叠区域,并计算重叠区域的清晰度评价值,然后根据传递特性将评价值映射到同一个评价体系中,最后找到最佳对焦位置。实验表明该成像系统对高速运动的目标能够实现自动对焦。     

平面全息光栅曝光系统中的分光器件特性分析

分光器件是全息光栅曝光系统中的关键光学元件,它将入射激光光束分成两束,两相干光束叠加后形成干涉条纹。曝光系统的稳定性不但影响干涉条纹对比度,还影响光栅衍射波前像差、杂散光水平以及光栅掩模刻槽质量。为了提高曝光系统的稳定性,分析入射光束角度偏离与两相干光束夹角(2θ)的关系,并结合干涉条纹周期公式,分别导出了以光栅和棱镜作为分光器件时入射激光束角度偏离量与待制作光栅空间相位差的解析表达式,据此分析了光栅和棱镜曝光系统的稳定性。结果表明,采用光栅分光的曝光系统的稳定性比棱镜分光曝光系统稳定性提高5~6个数量级,这对长时间曝光制作全息光栅具有实际意义。     

双色散二维阿达玛变换光谱仪

设计了一种双色散二维调制的阿达玛变换光谱仪,利用光栅在水平方向的谱级色散和棱镜在垂直方向的谱线色散进行二维分光。与传统的二维光谱CCD探测方法不同,该设计独辟蹊径,采用面阵数字微镜对二维光谱进行阿达玛调制,并利用单点式检测器进行光信号的检测。理论计算及光学仿真表明,与传统的二维光谱探测仪器相比,该光谱仪不仅具有高的分辨率,同时还具有很高的信噪比。     

一种基于CCD的实时测量光栅常数的方法

光栅常数是检验光栅质量的重要参数之一.该文介绍了一种实时检测光栅参数的方法,即利用面阵CCD采集光栅衍射图像信息,通过计算衍射±1级光斑与主极大光斑的能量比得出光栅常数.这种方法具有检测速度快、系统简单、精度高等特点,可用于生产线上光栅的实时检测.     

凹面全息光栅单色仪设计

提出了单色仪在光纤传感系统中的应用,通过分析Ⅳ型凹面全息光栅的光程函数、像差校正原理和像差校正效果,以光栅为分光元件,设计了一种小型凹面光栅单色仪。单色仪使用自聚焦透镜作为入射狭缝和准直元件,PIN光电二极管作为接收元件,使用步进电机带动凹面光栅旋转扫描光谱。LabVIEW程序控制数据采集卡的数字输出,并显示采集到的光谱。单色仪结构简单、价格低廉,通过实验实现了对单色光的检测。     

星载高分辨率超光谱成像仪分光方式的选择

从多个方面分析了棱镜和光栅色散分光的优缺点,分析结果表明棱镜更适于星载高分辨率超光谱成像仪的分光。在透过率方面,棱镜光谱仪透过率高达95.24％(VNIR),而光栅的衍射效率仅为60%~70%。在杂散光方面,棱镜光谱仪的杂散光可达10－4,而光栅的杂散光为10－2。在0.4 －2.5 范围,棱镜光谱仪相对光栅光谱仪有优越性。在色散线性方面,光栅光谱仪基本线性,棱镜光谱仪的短波非线性问题可通过复合棱镜进行补偿。可靠性方面,棱镜光谱仪较光栅光谱仪有优势;在光谱带宽和成本方面,棱镜光谱仪与光栅光谱仪基本接近。     

显微镜自动对焦方法研究综述

自动对焦是全自动显微镜的关键技术,决定着显微镜成像的精确性和实时性。对焦方法包括主动式和被动式两种,主动式是指基于数字图像处理的对焦方法,被动式是指基于光学离焦量检测的对焦方法。介绍了两种方法的原理和研究现状,通过比较其优缺点,总结出基于离焦误差检测的主动式对焦方法具有更高的精度和速度,更适用于全自动显微镜系统。     

显微镜自动对焦方法研究综述

自动对焦是全自动显微镜的关键技术,决定着显微镜成像的精确性和实时性。对焦方法包括主动式和被动式两种,主动式是指基于数字图像处理的对焦方法,被动式是指基于光学离焦量检测的对焦方法。介绍了两种方法的原理和研究现状,通过比较其优缺点,总结出基于离焦误差检测的主动式对焦方法具有更高的精度和速度,更适用于全自动显微镜系统。     

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。     

“阳”加速器Z箍缩实验用透射光栅谱仪

研制的透射光栅谱仪配备了高线密度金透射光栅作为分光元件,使用X光CCD记录时间积分光谱图像。在谱仪结构中引入了两个相互垂直的狭缝,一个用于实现光谱图像的1维空间分辨;另一个与光栅相配合后具有准直入射X光的作用,用来提高谱仪的分辨力。使用该谱仪对"阳"加速器Z箍缩实验的X光辐射进行了测量。当使用铝丝阵作为负载时,测得了铝的K壳层辐射和类锂离子的线谱辐射,并且通过将光谱图像与X光针孔相机的测量结果相比较,观察到了"热点"区域放出的较强的K壳层辐射。     

轻小型中阶梯光栅光谱仪光学设计及性能分析

中阶梯光栅光谱仪采用中阶梯光栅与棱镜交叉色散结构,在像面形成二维光谱。影响中阶梯光栅光谱仪分辨率因素较多。分析了针孔直径、光栅参数、棱镜参数、CCD像素尺寸和像差对系统分辨率的影响,得到针孔、光栅、CCD是影响系统分辨率的主要因素,并推导三者在确定系统实际分辨率时相互制约的关系,从而设计一种高分辨率轻小型中阶梯光栅光谱仪。结果表明,轻小型中阶梯光栅光谱仪像差得到充分校正,分辨率达到设计要求。通过对拍摄的汞灯谱图进行还原与标定,实际分辨率为0.038 nm,达到目标值(0.05@ 200 nm)的要求。而普通的光栅光谱仪要达到这样的分辨率,其焦距是500 mm左右,充分体现轻小型的优势。     

利用CCD进行透镜焦平面的定位

设计了由全息光栅和CCD等构建的光电混合处理光路,实现对透镜焦平面的定位.采用反射式光学元件设计记录光路,制作满足特定空间频率的全息光栅,并利用质心法计算得到CCD采集面上光斑的中心坐标.     

基于MATLAB的表面三维微观形貌图像处理分析

表面形貌影响光学元件的机械性能、物理性能、成品率;在特定应用场合下,通过检测光学元件表面三维微观形貌来检测光学元件的加工质量。将工件表面置于光学显微镜焦面上观测,如观测到工件表面某处存在明显缺陷,通过光学显微镜上下数次微移动,对工件表面该处采集多幅对焦图像并进行图像处理,根据处理结果判别工件是否符合加工要求。文中提出了一种基于MATLAB6.0高级语言编写的图像处理软件,实现对数幅对焦图像进行分析处理进而拟合出表面微观形貌的三维图形。     

闪耀光纤光栅写制技术及解调技术研究

利用相位掩模法,对闪耀光纤光栅的写制技术进行了研究.在载氢光敏光纤中写制了不同倾斜角度的闪耀光纤光栅,给出了相应的结果谱图.利用闪耀光纤光栅的包层耦合模,通过侧面光检测技术,实现了一种以闪耀光纤光栅为分光器件的光纤光栅波长解调系统.对C波段的波长进行了解调,给出了实验系统及相应结果分析.     

基于FPGA的自适应调节光栅光谱仪

采用FPGA作驱动和控制电路的核心,以简单的逻辑电路实现了CCD曝光时间和可编程放大器增益的自适应控制.在此基础上开发了能将信号幅度自动调节到合适范围的光栅光谱仪,采用USB总线实现系统与上位机的通讯,由LabVIEW平台开发出的应用程序进行光谱数据存储、谱图显示和处理.     

光学三维传感实验设计

基于三角法测量原理设计了光学三维传感实验系统.实验系统光源采用数字光学投影仪,并用计算机生成电子光栅.将电子光栅投影到被测物或参考面后,使用CCD进行图像采集,并通过视频采集卡将采集的图像数据传到计算机中保存.通过相应算法对保存的数据进行考查、处理,最终得到解调后的三维信息.     

微型光谱仪光学结构研究

光谱仪是光谱学和光谱技术中最基本的分析仪器之一,仪器的小型化对于扩展仪器使用范围有很大的帮助。设计一种微型可见光CCD摄像光谱仪的光学结构,通过理论计算,选用合适的光纤、平面定向光栅和凹面反射镜,并将它们合理组合,采用聚焦反射和分光的方法,将待测光进行色散,直接投射到CCD接收器件的表面。最后对设计的仪器性能进行了分析。结果表明：仪器的光学结构大大简化,整体尺寸减小,且精度有一定程度的提高。     

高分辨率MPT全谱仪的研制及性能测试

研制了采用模块化设计的高分辨率MPT全谱仪。新研制的MPT全谱仪采用了全内置连续可调微波功率源、中阶梯光栅分光和紫外增强面阵CCD检测等多项先进技术,该仪器具有分辨率高、检测波长范围宽、灵敏度高、模块化等优点。对该仪器对26种元素检出限、光谱分辨率、多元素同时检测及实际样品测定等的考察表明其结果令人满意。     

闪耀光纤光栅写制技术及解调技术研究

利用相位掩模法,对闪耀光纤光栅的写制技术进行了研究.在载氢光敏光纤中写制了不同倾斜角度的闪耀光纤光栅,给出了相应的结果谱图.利用闪耀光纤光栅的包层耦合模,通过侧面光检测技术,实现了一种以闪耀光纤光栅为分光器件的光纤光栅波长解调系统.对C波段的波长进行了解调,给出了实验系统及相应结果分析.