基于高分辨力CCD的大口径光学元件疵病检测

介绍了一种利用高分辨力CCD快速检测大口径光学元件表面和体内疵病的方法。利用侧照明方式对大口径光学元件进行均匀掠射照明,表面和体内疵病因为散射在暗室成像过程中影像被放大。对比研究了疵病示踪尺寸和真实尺寸,得出近似数学关系,利用高分辨力CCD,通过一次性成像获得光学元件疵病尺寸近似值、2维空间位置等定量描述表面特征的信息。     

相干滤波成像系统测量光学元件表面疵病

本文利用相干高通滤波成像系统对光学元件表面疵病进行了测量 ,提出了等效疵病面积的概念及计算公式 ,由等效疵病面积可计算出与 GB1185 - 89对应的疵病等级 J。实验装置的分辨率为 10μm,并具有可靠的表面疵病等级评价     

基于条纹反射的光学表面疵病检测法

提出一种基于条纹反射的光学表面疵病检测方法,检测系统由液晶显示屏、CCD相机和计算机组成.检测时在显示屏上分别显示水平和垂直两个方向正交的正弦性条纹,用CCD相机记录经被测表面反射的正弦条纹像,通过相移技术得到两个方向正交的相位分布和对比度分布,通过对比度分布确定被测表面的疵病位置.被测面表面面形相关信息包含在相位分布中,其表面疵病细节信息包含在局部微观相位分布之中.对相位分布进行多项式拟合后相减得到疵病引起的微观相位分布,计算得到表面疵病的梯度分布,积分得其高度分布.实验验证了该方法的可行性.     

球面光学元件表面疵病视觉检测方法研究

球面光学元件由于其光学结构的影响,采用机器视觉的方法对其表面疵病进行检测时,无法将被测面都成像在一个像平面上并且在成像的过程中丢失了疵病的三维信息,造成了检测的误差。为了解决这些问题,提出了一种机器视觉与三维重构相结合的检测方法。首先,根据球面光学元件的特性设计了图像采集平台,以获得高质量的疵病图像。然后,通过图像处理算法对疵病图像进行预处理与疵病识别。最后,基于计算机视觉图像重构技术与球心投影技术,对疵病图像进行三维重构。实验表明,该方法提升了机器视觉对球面光学元件表面疵病检测的精度,可达99%,具有可行性和研究价值。     

光学元件表面缺陷的显微散射暗场成像及数字化评价系统

根据国际ISO10110-7的表面缺陷标准及惯性约束聚变(ICF)工程标准,提出了一种新颖的光学元件表面缺陷的光学显微散射成像及数字化评价系统,多束光纤冷光源呈环状分布并以一定角度斜入射到数毫米视场的被检表面,形成适合数字图像二值化处理的暗背景上的亮疵病图像。对X,Y两方向进行子孔径图像扫描成像,利用模板匹配原理对获得的子孔径图像进行拼接得到全孔径表面疵病图像信息。基于数学形态学建立了可用于大口径表面检测扫描的图像处理的模式识别软件体系,并应用二元光学制作了标准对比板,以获得疵病正确的评价依据。最终利用该变倍光学显微镜散射成像系统得到能分辨微米量级表面疵病的图像,其单个子孔径物方视场约为3 mm,对X,Y两方向进行5×5子孔径图像扫描成像,并给出了与标准比对的定量数据结果。实验结果表明,本系统完全可以实现光学元件表面缺陷的数字化评价。     

光学元件表面的数字全息检测

针对球形光学元件的表面质量检测,开发了一种基于数字全息的表面曲率参数及疵病的同步检测方法。利用最小二乘法对再现波前进行参数拟合和计算,解决了再现过程中倾斜因子补偿对测量可靠性造成的影响。通过将原始数据与生成的虚拟曲面相减实现了表面疵病信息的同步提取。实验证明,该方法的测量结果与白光干涉仪的测量差异小于1.5%,在不同倾斜因子补偿系数作用下的测量结果误差小于1%。     

光学元件表面的数字全息检测

针对球形光学元件的表面质量检测,开发了一种基于数字全息的表面曲率参数及疵病的同步检测方法。利用最小二乘法对再现波前进行参数拟合和计算,解决了再现过程中倾斜因子补偿对测量可靠性造成的影响。通过将原始数据与生成的虚拟曲面相减实现了表面疵病信息的同步提取。实验证明,该方法的测量结果与白光干涉仪的测量差异小于1.5%,在不同倾斜因子补偿系数作用下的测量结果误差小于1%。     

基于BRDF的光学表面疵病散射特性的仿真研究

为了研究精密光学元件表面微弱疵病的散射特性,基于矢量散射理论和双向反射分布函数,建立了光学表面微弱疵病的散射理论模型。通过仿真计算了双向反射分布函数随散射角的变化情况,分析了入射角度、入射光波长以及疵病自身尺寸等因素对疵病散射光特性的影响。基于仿真数据分析,针对光源参数对散射特性的影响进行仿真分析,为使用暗场成像法进行精密表面疵病检测的系统参数选择提供理论参考,疵病检测入射角范围为30°～50°最佳;在可见光范围内时,380～500 nm的波长范围更有利于疵病检测。另外还通过研究疵病尺寸发生改变时散射场变化的规律,为分辨疵病的形状大小等信息提供了参考依据。     

大口径光学元件表面灰尘与麻点自动判别

在大口径光学元件表面疵病初检时,灰尘和麻点由于形态类似,不易区分。针对该问题,提出了一种基于模式识别理论的灰尘麻点判别方法。该判别方法以既有的疵病检测系统为基础,根据灰尘麻点的暗场成像特点,选取了合适的特征并根据因子分析理论对特征进行变换,最后基于贝叶斯判别原理对灰尘麻点进行分类。采用自制定标板建立了灰尘麻点训练样本库,并进行多组实验,选取了合适的判别函数,最后进行了对未知样品表面灰尘麻点的区分。实验结果表明,该判别方法的正确率可以达到95%以上。目前此判别方法已经用于惯性约束聚变系统中大口径光学元件表面灰尘与麻点自动区分。     

大口径光学元件表面灰尘与麻点自动判别

在大口径光学元件表面疵病初检时,灰尘和麻点由于形态类似,不易区分。针对该问题,提出了一种基于模式识别理论的灰尘麻点判别方法。该判别方法以既有的疵病检测系统为基础,根据灰尘麻点的暗场成像特点,选取了合适的特征并根据因子分析理论对特征进行变换,最后基于贝叶斯判别原理对灰尘麻点进行分类。采用自制定标板建立了灰尘麻点训练样本库,并进行多组实验,选取了合适的判别函数,最后进行了对未知样品表面灰尘麻点的区分。实验结果表明,该判别方法的正确率可以达到95%以上。目前此判别方法已经用于惯性约束聚变系统中大口径光学元件表面灰尘与麻点自动区分。     

大口径精密表面疵病的数字化检测系统

根据散射光成像原理,采用大小两个视场来获取不同精度的暗背景下的亮疵病图像,设计了完整的数字化表面疵病检测系统。该系统采用多区域自适应阈值分割算法对图像进行分割,然后采用基于等价归并标记方法快速提取疵病的特征参数,最后利用BP神经网络对疵病进行分类。实验结果表明该方法既满足实时性需求,又取得了较好的分类检测效果。     

大口径精密表面疵病的数字化检测系统

 根据散射光成像原理,采用大小两个视场来获取不同精度的暗背景下的亮疵病图像,设计了完整的数字化表面疵病检测系统。该系统采用多区域自适应阈值分割算法对图像进行分割,然后采用基于等价归并标记方法快速提取疵病的特征参数,最后利用BP神经网络对疵病进行分类。实验结果表明该方法既满足实时性需求,又取得了较好的分类检测效果。     

Alignment methods for micron-scale surface defects automatic evaluation of large-aperture fine optics

A surface defect evaluation system can combine microscopic scattering dark-field imaging with sub-aperture scanning and stitching. Thousands of sub-apertures are involved; mechanical errors will cause stitching dislocation, leading to defect cracks. In this Letter, we propose standard line coordinate error adjustment dealing with consistency error between coordinates of the scanning and imaging system, and defocus depth estimation leveling method dealing with high-cleanliness fine optics defocuing caused by the surface which is not perpendicular to microscope's optical axis. Experiments show defect cracks are effectively solved and the defocus of 420 mm × 420 mm components can be controlled within depth of field 20 μm.     

测量大口径光学元件反射率用精密扫描系统误差分析

为测量高能激光传输系统中大口径高反射率光学元件的反射率,设计了一种大口径光学元件二维扫描的精密测量系统。介绍了该系统的结构及其工作原理,分析了影响系统测量精度的因素,从理论上分析了扫描系统的系统误差对测量精度的影响,结果表明在垂直于光束传播方向上,水平偏差在0.29 mm时,测量误差在10-6量级;腔长的变化量较小时,可通过对衰荡腔腔镜的调节,实现对旋转轴偏差的补偿及对系统的精细调节。通过拟合处理光强与时间的数据得到对应的一次指数函数拟合曲线,并通过计算得到衰荡时间和反射率,经过对比分析可知,该误差分析方法能比较有效地测量腔镜的反射率,并能减小实验数据本身带来的误差。     

Microscopic scattering imaging measurement and digital evaluation system of defects for fine optical surface

According to ISO10110-7 and the engineering standards of Inertial Confinement Fusion (ICF), this paper presents a microscopic scattering imaging and analyzing system which allows one to automatically evaluate defects in random distributions and shapes on the surface of fine optical components of large aperture. The annularly disposed multi-beam fiber light sources illuminate the target surface with a special angle. The image, which has bright defects on black background, is suitable for digital image processing. With XY-scanning system, the defect information of full aperture can be obtained by stitching the sub-aperture image array, according to the algorithms of template matching. The full aperture image is divided into N × N sub-apertures, each of which has view field of approximate 3 mm × 4 mm. Image processing software for image recognition has been established using mathematical morphology with high computing efficiency and friendly graphics user interface. A group of standard reticules fabricated by binary optics can scale defects for calibration. As a result the lateral resolution of the system is better than sub-micrometer while the total view field can be hundreds of millimeters. The comparison quantitative data results between the experiment and standard demonstrate the system is competent for the digital evaluation of defect characterization of fine optical surfaces, especially for the ones with large aperture.     

Dielectric optical elements for surface plasmons

Basic optical elements for surface plasmons are fabricated and their functionality (focusing, refraction, and total internal reflection) is demonstrated experimentally. The optical elements consist of dielectric structures of defined geometry on top of a gold film. The working principle of these structures is discussed on the basis of calculated surface plasmon dispersion relations.     

In situ device for salinity measurements (chloride detection) of ocean surface

Microbend sodium chloride sensors based on polymer swelling are the latest approach to fiberoptic sodium chloride sensors. We have designed, constructed, and tested a compact microbend fiberoptic sodium chloride sensor that utilizes microbend and polymer swelling effects through the use of modified polymer beads. The design of this sensor is an improvement over previously reported microbend sensors. This sodium chloride sensor has shown feasibility as a practical, stable, inexpensive device with excellent performance and most of the desirable sensor properties including reversibility. Further optimization of the sensor is possible for the various applications we envision.     

Using diffractive optical element and Zygo interferometer to test large-aperture convex surface

A valid method for measuring the large-aperture convex surface by using a curved diffractive optical element (DOE) and a Zygo interferometer is demonstrated experimentally. In this method, the direct use of source and high-resolution CCD camera of Zygo interferometer represents a major advance in the areas of adjustment. The DOE, fabricated by combining laser direct writing and lithography, results in higher accuracy, efficiency and lower cost for testing aspheric compared with other types of DOE employed. We have fabricated one optical test system and measured a 110-mm-diameter convex surface of errors 44.3 nm rms and 311 nm P–V.     

激光跟踪仪检测大口径非球面方法研究

大口径非球面反射镜研磨阶段,在准确测试几何参数的同时,面形也要达到一定的精度要求.利用数值模拟测试过程的方式,评估了使用三坐标测量仪和激光跟踪仪轮廓检测几何参数及面形的精度.针对2 m口径抛物镜的检测指标要求,提出了一种有效的轮廓检测方法.使用4台激光跟踪仪搭建了多边测量系统,采用Levenberg_Marquardt...     

大口径光学玻璃光学均匀性干涉绝对测量方法

在光学透射材料均匀性测量的各个方法中,干涉测量方法作为绝对测量方法,能摈除干涉仪标准面及待测元件的面形影响,具有很高的测量精度而逐渐被广泛使用。详细研究了使用干涉手段测量透射材料均匀性的方法,对其中材料切割角度所引入的误差进行了详细分析,并提出修正方法。同时研究了测量光学材料均匀性的拼接算法,实验表明：该方法可以实现用小口径干涉仪测量大口径玻璃材料的光学均匀性的目的,而且其测量精度很高。