MEMS变形反射镜主要特性测试

介绍了基于微机电系统技术的微变形反射镜的基本结构和电极分布.分析了微机系统变形镜的变形原理,推导了微变形镜的镜面变形与外加驱动电压的关系.分析了基于计算机控制的频闪显微干涉测量系统的组成及测试原理,并利用该系统实现了对微变形镜静态电压-位移曲线、静态面形、动态离面变形以及谐振频率的测试.实验表明,测试结果与理论分析有很好的一致性.     

MEMS变形反射镜主要特性测试

介绍了基于微机电系统技术的微变形反射镜的基本结构和电极分布.分析了微机系统变形镜的变形原理,推导了微变形镜的镜面变形与外加驱动电压的关系.分析了基于计算机控制的频闪显微干涉测量系统的组成及测试原理,并利用该系统实现了对微变形镜静态电压-位移曲线、静态面形、动态离面变形以及谐振频率的测试.实验表明,测试结果与理论分析有很好的一致性.     

用于激光二极管抽运固体激光器热畸变补偿的MEMS微变形镜设计

以MEMS微变形镜驱动方式的选取为出发点,从光学特性和力学特性两方面对MEMS微变形镜进行分析.从中得出相关结构参数对微变形镜性能的影响关系.并在此基础上结合补偿激光二极管抽运固体激光器(DPL)热畸变的使用要求设计了一种新型MEMS连续面型微变形镜,并采用设计的MEMS变形镜搭建了一个闭环自适应光学实验系统,补偿了激光光束的热畸变.实验结果显示该MEMS连续面型微变形镜可对腔内畸变进行有效补偿,同时提高了激光器的输出功率及光束质量.     

相移相位测量的全息再现算法及测量误差分析

用全息原理和方法研究相移相位测量,得到了N步整周期相移再现物光波复振幅同步叠加函数(N步相移函数),同时提出一种新的相移相位测量误差分析和最大误差估计方法。N步相移干涉图是以理想平行光为参考光的无衍射同轴全息图,将其与对应的相移参考光相乘后求和得到N步相移函数;在理想情况下,这是一种复振幅分离、测量和物光波复振幅函数同步叠加方法,存在误差时计算出的相位是最小二乘方法的最佳期望结果。利用N步相移函数得到的N 1步相移函数,说明非理想N步相移函数是理想N步相移函数与误差函数之和,可以把相位型误差转化为与振幅和强度相对误差同等的误差来对待,降低了相位测量中误差估计的难度,给出了N步相移算法最大误差的估计方法和公式。     

MEMS动态测试系统及其数据处理

介绍了基于频闪显微干涉技术的MEMS动态测试系统的测量原理,设计了数据分析处理算法。采用基于立方插值的亚像素模板匹配技术实现了1/50像素的面内位移测量精度。利用分割线去包裹算法实现了从干涉图到三维形貌图的重构。     

微变形镜在自适应光学中的应用与发展

自适应光学系统主要用于校正由大气湍流等引起的波前畸变,经过半个多世纪的发展,自适应光学系统已经应用到了许多领域。传统自适应光学系统中的变形镜在许多情况下已经不能满足自适应光学新发展的需要。随着微制造技术的发展,用微制造技术制作的新型微变形镜大大提高了致动单元的集成度,简化了电源,提高了可靠性,降低了自适应光学系统的体积和造价。综述了微变形镜技术的发展情况及其在自适应光学中的应用,并且讨论了其发展前景。     

三维相位展开算法在精密运动测试中的应用

三维相位展开算法将基于空间的相位展开算法拓展到时间轴上,包含了一维时间和二维空间信息,适合于运动测试。通过建立一维时间相位展开算法的数学模型,分析了该算法运动测试的基本原理,讨论了在精密测试中的使用方法和适用范围,并对微谐振器的微结构进行运动测试。实验表明,算法在相位展开中引入时间信息,不仅消除了形变测量中需选取静止点为相位参考点或参考平面的限制,还可以同时测量物体表面某点纳米级的离面运动曲线和表面形变。     

Mirau相移干涉法测量微透镜阵列面形

基于Mirau相移干涉法,在实验室环境下对微透镜阵列的微表面形貌进行了轮廓测量.实验使用He-Ne激光器作为光源,干涉成像系统由Mirau干涉物镜和其他光学元件组成.在实验中使用压电陶瓷执行器作为相移器,通过5步相移法计算待测表面形貌.实验结果表明,基于Mirau相移干涉法对微透镜阵列面形的测量,水平分辨率达到1.1 μm,垂直测量准确度达到6.33 nm,垂直测量范围为5 μm.对于微透镜阵列的面形测量,通过将微透镜阵列划分为若干微小区域以保证局部面形最大高度小于5 μm,然后辅以精密平移机构进行若干次5步相移法测量局部面形,再利用相位重建所得的数据进行拼接和3D轮廓重建,最终得到整个微透镜阵列的精确微表面形貌.     

一种三维变形光学测量系统及微结构力学性能测试应用

描述了一种使用显微栅线投影技术和数字图像相关技术同时测量微结构三维形貌和变形的光学测量系统.在此系统中,正弦栅线通过相移投影器投影到被测物体表面,变形的条纹图由高分辨率的CCD相机和显微镜头采集并保存.相移技术处理条纹图得到形貌和离面变形,同时从相移图像中提取出被测物表面纹理,数字图像相关技术处理变形前后表面纹理得到面...     

微机械薄膜变形镜自适应光学系统实验研究

为求出自适应光学系统的最优校正电压, 提出了一种基于改进奇异值分解的闭环迭代控制算法。该算法可通过调节控制参量g1,g2和w,优化模式的收敛速度, 使控制信号快速收敛到一个可靠的局部最优解。搭建基于微机械薄膜变形镜(MMDM)的自适应光学系统, 测量光学影响函数并验证单个电极电压和镜面变形之间的准平方线性关系, 以及各个驱动器电极响应之间的线性叠加性。分别采用模拟眼和人眼出射波前作为原始波前进行实验。实验结果表明, 改进算法能快速有效地对静态或动态畸变波前进行校正, 为基于MMDM的自适应光学系统提供了算法支持。     

Phase unwrapping with regularized phase-tracking technique based on simulated annealing algorithm

We propose an improved regularized phase-tracking (RPT) technique for unwrapping two-dimensional principal phase maps. The size of the neighborhood selected for plane approximation at each pixel is adjustable according to local noise severity. In the area of low noise, the size is small to improve processing speed. On the contrary, a neighborhood with large size is selected to enhance the noise-reduced ability in the high-noisy area. Further, simulated annealing (SA) algorithm is applied to RPT technique for finding the global optimum solutions. Numerical simulation proves that this SA-based RPT phase unwrapping technique is highly robust to noise and experimental results also show its feasibility in practical applications.     

基于多频外差原理的相位解包裹方法

根据多频外差原理推导了三频光栅条纹解包裹的过程,获取了光栅条纹的绝对相位值。同时,为了减小误差,提高测量精度,提出了一种相位修正的方法,比较了相位修正前后的相位图,表明该方法能够非常有效地去除相位误差。通过将修正后的绝对相位值作为匹配的一个特征量,利用机器视觉中双目立体视觉的方法求取物体的三维特征。实验证实了该方法的可行性,并得到良好的测量结果。     

基于小波变换的最小二乘相位解缠算法

最小二乘法是求解二维相位解缠问题最稳健的方法之一,其本质是在最小二乘意义下使缠绕相位的离散偏导数与解缠相位的偏导数整体偏差最小,并等效为可求解一大型的稀疏线性方程系统。由于系统矩阵结构的稀疏性,在采用迭代法求解时收敛速度非常慢。为了改善收敛特性,提出一种基于多分辨率表示的离散小波变换相位解缠算法。利用小波变换将原线性系统转化成具有较好收敛条件的等价新系统。仿真实验表明,该方法能够很好的恢复真实相位,其解缠效果优于Gauss-Seidel松弛迭代和多重网格法。     

一种新的截断线及标志点处缺失相位插补方法

在基于相位信息的三维面形测量中,为了得到正确的相位展开而引入的截断线和为了便于三维拼接而附加在物体表面的标志点都会造成其覆盖区域的相位缺失,需要进行人为地插补修复。一种新的缺失相位插补方法——八方向梯度估算法,通过计算待插补点周围八方向梯度和其八邻域内的相位平均值,可估算出缺失的相位。与其它常用缺失相位插补方法相比,该方法运算速度快、插补效果好,运算过程无需人为参与,便于计算机自动实现,尤其适合于插补倾斜相位面上的较大标志点,有助于提高相位重建质量和在此基础上的三维面形重建质量。     

三维重建的格雷码-相移光编码技术研究

提出一种基于格雷码-相移的组合光编码技术, 以格雷码技术自身的误差不累加性优点保证了光编解码的稳健性, 针对格雷码对视场解析的有限性缺陷, 提出将格雷码部分作为编码的整数部分, 综合使用相移编码作为小数部分, 实现了视场空间的无级细分, 提高了编码的分辨率, 对编码技术中常见的两种错误, 使用提出的编码校正算法有效的减少了编码错误及重建误差的产生。试验结果表明这种光信号编码方法在三维测量中的有很高的稳健性。     

FFT动态相位重建算法的滤波窗影响分析

为了优化相位重建算法,针对波面干涉图的傅里叶频谱,分析了不同滤波窗口的分布特征和频谱响应,通过计算机仿真和实验测试,确定了FFT动态相位重建算法的最佳滤波窗口类型。其中处理仿真干涉图重建的波面与原始波面的波面峰谷值残差为0.008 5λ,波面均方根值残差为0.000 1λ;处理实验干涉图获得的波面与移相干涉测量法获得的波面峰谷值残差为0.009 3λ,波面均方根值残差为0.000 5λ。结果表明:选取Hamming窗进行滤波处理并重建的相位经拟合后得到的波面较参考波面的面形残差最小,相位重建精度优于0.01λ,可进一步应用于大口径光学元件的测量中。