扫描型哈特曼检测装置研究

 在传统哈特曼检验法基础上研制成功一种扫描型哈特曼检测新装置,可对最大口径为300 mm的聚焦镜在全口径范围内进行采样测量。该检测装置由大口径标准平行光管、扫描式哈特曼光阑、被检聚焦镜、CCD摄像机及计算机组成,在水平和垂直两个径向上开有等间距排列且相互错开半个间距的小孔,并且在步进电机的驱动下绕光轴旋转,可对被检聚焦镜进行全口径连续采样。对有效口径为154 mm的斐索平面干涉仪非球面准直物镜的球差及焦斑能量集中度进行了测量,进而由球差计算得到了波像差,并用干涉法对该准直物镜进行了测量。球差的理论值与测量值最大偏差为14.6%;由新装置测量并计算得到的波像差PV值与干涉法测量并计算得到的PV值偏差为11.5%;实测的80％的能量集中在34 μm的范围内,而计算得到的８０％的能量集中在28 μm之内,最后对结果进行了分析并提出了进一步改进的意见。     

靶镜光学质量检测技术的研究

提出了一种利用扫描型哈特曼检测装置检验靶镜光学质量的技术.该装置对传统哈特曼检验装置的光阑进行了改进,通过扫描型哈特曼光阑的旋转扫描,可对被检靶镜全口径范围内连续采样.利用该扫描型哈特曼检测装置对一块口径为270 mm的非球面靶镜的能量集中度和波像差进行了检验,其结果与激光数字波面干涉仪的测量结果相吻合,其中能量集中度的相对测量误差为7.7%,波像差的相对测量误差为10.2%,验证了该检测技术的有效性.     

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。     

Centroids analysis for circle of confusion in reverse Hartmann test

The point spread function(PSF) is investigated in order to study the centroids algorithm in a reverse Hartmann test(RHT) system. Instead of the diffractive Airy disk in previous researches, the intensity of PSF behaves as a circle of confusion(CoC) and is evaluated in terms of the Lommel function in this paper. The fitting of a single spot with the Gaussian profile to identify its centroid forms the basis of the proposed centroid algorithm. In the implementation process, gray compensation is performed to obtain an intensity distribution in the form of a two-dimensional(2D) Gauss function while the center of the peak is derived as a centroid value. The segmental fringe is also fitted row by row with the one-dimensional(1D) Gauss function and reconstituted by averaged parameter values. The condition used for the proposed method is determined by the strength of linear dependence evaluated by Pearson's correlation coefficient between profiles of Airy disk and CoC. The accuracies of CoC fitting and centroid computation are theoretically and experimentally demonstrated by simulation and RHTs. The simulation results show that when the correlation coefficient value is more than 0.9999, the proposed centroid algorithm reduces the root-mean-square error(RMSE) by nearly one order of magnitude, thus achieving an accuracy of ~ 0.01 pixel or better performance in experiment. In addition, the 2D and 1D Gaussian fittings for the segmental fringe achieve almost the same centroid results, which further confirm the feasibility and advantage of the theory and method.     

Development of modulating permanent magnet sextupole lens for focusing of pulsed cold neutrons

Modulating permanent magnet sextupole lens (PMSx) for focusing pulsed cold neutrons is under development. The synchronized modulation of its field gradient suppresses the chromatic aberration which arises from the Time Of Flight method. The strength of the magnetic field, the torque, and the rise of temperature during its operation are studied on a fabricated prototype. Experiments on focusing pulsed very cold neutrons (VCN) at ILL (Institute of Laue Langevin, France) were carried out and VCN with around λ=40 Å were focused by the PMSx at a focal length of about 0.5 m. The experimental results are presented in conjunction with the principle of the neutron focusing and the modulating method of the focal strength of permanent magnet lens with the double ring structure.     

基于透镜阵列的三维姿态角度测量

三维姿态角的精确测量在航空、航天、国防等领域应用广泛,为方便准确地实现三维姿态角的测量,本文设计了一种基于透镜阵列的测量系统,并建立了微小三维姿态角测量分析模型。系统中,准直平行光束通过4个排列成金字塔形的阵列透镜,在CCD上形成规则分布的阵列光斑。通过分析CCD成像光斑间的距离、透镜阵列上相邻孔径之间的距离以及透镜阵列与CCD之间的倾斜角,可以得到光束相对于接收系统俯仰角和偏摆角,利用阵列光斑连线相对水平或垂直面的夹角,可同时得到绕Z轴的滚转角。通过与高精度自准直仪测量结果进行比较,证明所提方法的测量精度可以达到RMS≤0.1″,表明该方法能够实现三维姿态角的测量。     

聚焦法测量梯度折射率透镜的折射率分布

本文针对梯度折射率分布的透镜(以后简称梯析透镜)与光纤在折射率分布上的不同点,对用于光纤及其预制棒测量的聚焦法的原理公式,计算测量方法等进行了重要改进,从而使聚焦法可适用于梯折透镜的测量.本文通过计算机模拟计算,对原理公式及计算方法的准确性和可靠性进行了验证,并同时给出了这一测量方法的精度,最后给出了测量实例及其比较结果.     

联合变换相关器像移测量试验系统设计

为了测量卫星姿态不稳定或振动等原因引起的空间相机亚像元像移,设计了基于联合变换相关器的像移测量试验系统。阐述了该方法的数学原理,面阵CCD的安装位置以及输入图像序列的获取方法。根据相关参数确定了试验系统的傅里叶透镜结构和参数,最终设计了试验系统。应用线性插值和像元合并方法获得具有亚像元像移的图像果表明,像移测量的精度不随景物的内容而变化,测量得到的像移误差均方根值<0.2pixel。     

基于Zemax的He-Ne激光光束聚焦物镜的设计

 为了得到一个合理的He-Ne激光光束聚焦物镜,采用以正前凸型为基础的高折射率双片结构,应用Zemax软件进行优化设计,获得了弥散斑直径为0.002mm的He-Ne激光聚焦物镜,该镜头只需校正轴上点球差。实验结果表明：设计的镜头比低折射率单片透镜得到的弥散圆直径更小,达到0.0019mm,球差被控制在-0.05mm～+0.05mm范围内,MTF曲线所围面积变大,中心点亮度增高,符合实际需要。     

Numerical analysis for verifying the performance of lens system in a scanning electron microscope

This work presents an analysis of the lens system in a thermionic scanning electron microscope (SEM) using a numerical computation and an optics-based calculation. The behaviors and characteristics of the electron beam are analyzed and the focusing capability is investigated. The beam spot size is estimated by calculation and proved by experiment. The characteristics and properties determining the SEM performance are investigated for various design parameters through a numerical analysis and an optics-based calculation. Particularly, a combination of two approaches gives more detailed information than a single approach in investigating an extremely small beam spot by demagnification through the electromagnetic lens system in a SEM column.     

基于数字全息的热透镜效应测量

提出一种数字全息定量测量半导体激光二极管侧面泵浦Nd∶YAG晶体热透镜效应的方法。CCD采集Nd∶YAG晶体在不同泵浦电流下的数字全息图,通过数值重建得到热透镜效应引起的相位分布及其变化过程。再由相位分布计算得到对应的热透镜焦距。实验结果表明,利用数字全息技术可以准确和有效测量热透镜效应及热透镜焦距。     

基于吸聚一体的低散射传输型透镜设计

通过传输型超表面透镜与电路模拟雷达波吸收器的集成设计,提出了一种兼具透射波前变换与带外雷达散射截面减缩特性的微波复合材料设计方法。透镜采用亚波长分布的周期性单元,由梯度相位补偿对透射波进行调节,进而获得平面波前与球面波前之间的互易变换。并且,使用透镜在波前变换频带以外低频端的反射特征,结合单个有耗层设计,构造了电路模拟吸波器。选用一副缝隙耦合馈电的微带贴片天线单元作为初级馈源天线,观察到复合材料的波前变换特性可在宽频带范围内产生主瓣增益增强效果。与透镜相比,电路模拟吸波器的引入使得复合材料针对TE与TM极化分别可在130.68%与155.11%的频率范围内获得雷达散射截面减缩效果。通过全波模拟和实验测量,验证了辐射增益增强与雷达散射截面减缩效果,表明了复合材料吸聚一体设计的有效性。     

基于图像处理的高精度透镜包边方法研究

提出了一种基于图像处理的透镜包边方法,根据待包边透镜的特点确定了光路中各参数,由面阵CMOS器件接收透镜反射的十字叉丝像,并通过图像处理的方法计算透镜的中心偏,以此为依据调整透镜位置,达到误差允许范围,然后加工金属外圆,完成包边。对测量系统、电机控制和软件实现作了详细说明,给出了实验结果。实验结果表明,该方法操作简单、测量精度高,可有效减小透镜中心偏。     

基于多重结构的平显视差仪中内调焦物镜设计

根据平显视差测量原理中自动调焦的要求,设计了一个相对孔径与调焦范围均较大的内调焦物镜。针对内调焦传统设计方法的不足,在对内调焦各镜组选型后将它们组合成为一个系统,采用多重数据结构设计的方法,对不同物距下的结构进行同时优化,从而解决了近距离的成像质量难以控制的问题。所设计的内调焦物镜在不同的物距下成像质量稳定,无穷远时光学传递函数(MTF)值在空间频率为120 lp/mm时轴上与轴外均达到0.4以上,物距在300 mm时轴上视场MTF为0.3,轴外视场弧矢MTF在0.3以上,子午MTF达到了0.2;相对畸变均控制在1%以内,有利于后续的图像处理工作。     

像散法离焦检测中的像散透镜参数设计

推导出了离焦量与聚焦误差信号功率的关系式。利用MATLAB软件仿真,详细分析了像散透镜系统各个参数对离焦量、灵敏度、光斑大小等的影响,得到了像散圆透镜与像散柱透镜焦距之间的距离关系。结果发现聚焦物镜和探测器参数对最小离焦量、灵敏度、精度有决定性的影响。提出了像散透镜系统各光学参数选择的原则和方法,并以德国Silicon Sensor公司的QP50-6型四象限探测器为例,详细分析了离焦量与聚焦误差信号功率的线性关系。这些工作对建立满足应用对象要求的像散法离焦检测系统具有重要的指导意义。     

Calibration and correction of lens distortion for two-dimensional digital speckle correlation measurement

Lens distortion practically presents in optical imaging system using in two-dimensional digital speckle correlation measurement (2D-DSCM) system, and gives rise to additional errors in the displacement and strain measurement. Camera calibration procedure is performed to obtain the coefficients of radial distortion and tangential distortion. The corrected displacement fields can be calculated using the distortion coefficient. The influence of distortion on displacement and strain measurement errors in experiment is further discussed. The three-point bending test result shows that the camera lens calibration method can effectively eliminate the effect of lens distortion and improve displacement and strain measurement accuracy.     

激光法红外热像镜组中心偏测量与调校研究

论述了多镜片成像光学镜组中心偏的理论表征 ,以及自准反射旋转法测量中心偏的原理。设计了用于红外光学镜组的中心偏检测系统。系统包括用于 8～ 14 μm红外光学系统中心偏测量的CO2 激光 ;可调焦望远镜 ;采用TGS热释电热像仪与计算机配合的数据读出及处理系统 ;径向跳动≤ 1μm ,轴向晃动≤ 1″的高精密基准轴工作台。系统测量中心偏精度为 :角度≤ 2″ ,线度≤ 0 .0 2mm。给出了中心偏数据处理程序。系统也可用于在线装校 ,更换光源 (用He Ne激光代替CO2 激光 )系统可用于 3～ 5 μm红外光学系统的测量。进一步改进并利用激光的相干特性 ,系统可实现中心偏测量精度≤ 1μm。     

用于能量标定的束流损失测量系统

为精确地测量合肥电子储存环电子束的能量,建立了一套束流损失的测量装置,选择了一款对低能光子探测效率高的塑料闪烁体探测器,根据测量到的束流损失信号研制了一套数字化的信号处理电路,并进行了实际测量。测量结果表明该束流损失测量系统能够精确、灵敏地反映出束流损失的变化,可以用于自旋共振退极化法标定电子束能量的实验;并介绍了自旋共振退极化法的测量原理及依据的理论基础。     

用于能量标定的束流损失测量系统

为精确地测量合肥电子储存环电子束的能量,建立了一套束流损失的测量装置,选择了一款对低能光子探测效率高的塑料闪烁体探测器,根据测量到的束流损失信号研制了一套数字化的信号处理电路,并进行了实际测量。测量结果表明该束流损失测量系统能够精确、灵敏地反映出束流损失的变化,可以用于自旋共振退极化法标定电子束能量的实验;并介绍了自旋共振退极化法的测量原理及依据的理论基础。     

激光测头用二元准直透镜的研究

通过分析现用激光测头光学系统中所存在的制约测量范围与测量精度的问题，本文提出用二元长焦深、高分辨率器件取代传统准直透镜以提高测头技术性能，并详细推导了此二元器件的设计方法，给出了相位函数表达式。通过对一个设计实例的轴上光斑变化和光能分布情况的模拟计算，并与传统透镜相比较，说明这种二元器件用作准直透镜能够提高激光测头的技术性能。表明二元光学器件用于不接触测量系统具有巨大优势。