条纹反射法测量三维面形中的积分算法

基于不同梯度数据噪声,研究讨论了几种典型的梯度积分算法,并提出了一种改进的Southwell全局积分算法.以重建面形和原始面形的相似度、均方根误差作为算法性能参数,对梯度数据进行模拟测试.搭建条纹反射实验平台,对标准凹球面反射镜进行积分重建,并将条纹反射法测量结果和实际元件参数进行对比.实验结果表明:用改进的Southwell算法重建的凹球面的半径误差为0.09%,结构相似度大于0.999,其重建速度为原算法的1.2倍.改进后的Southwell算法相较于传统的积分算法,获得了更高的重建质量和重建效率,满足镜面物体测量的非接触、精度高、稳定性强等要求.     

基于条纹反射的非球面镜三维面形测量

提出一种利用条纹反射原理测量非球面镜的新方法.测量过程中,利用液晶屏显示正弦条纹,由摄像机记录由待测镜面反射产生的条纹图.并将显示屏和摄像机分别沿待测镜面轴向移动.摄像机在每个移动位置上,记录下显示屏移动前后产生的两幅条纹图.通过相移方法,得到条纹图的相位信息后,对摄像机上每个象素点,能在待测镜面卜找到一个对应待测点,并在获得该待测点的梯度信息的同时,获得该点位置坐标信息.最后通过积分,恢复待测镜面的三维高度信息.该方法不需辅助反射镜与干涉仪,能更加方便灵活地测量非球面镜.并且该方法有较好的抗噪性能,在噪声较大的情况下,仍能对非球面镜进行测量.模拟及初步实验均验证了该方法的可行性.     

基于条纹反射的类镜面三维面形测量方法

提出了一种基于条纹反射和相移技术的类镜面三维面形测量的新方法。首先在平板显示器上显示正弦条纹,然后用CCD相机分别记录由待测面和标准面反射的正弦条纹像,通过相移得到各自的相位分布,与标准面相位分布相比较得到待测表面起伏引起的相位变化。推导了相位变化量与待测表面梯度的对应关系,分别对待测面进行水平和垂直两个方向光栅相位测量,通过计算可得到梯度分布并由梯度分布恢复待测表面面形。同时初步分析了影响条纹反射技术测量精度的因素。测量中,光栅由计算机产生,可以实现精确的相移,而且可以方便地调节光栅的周期及方向,通过预设标记点来引导相位展开有效地解决待测面和标准面的条纹对应问题。实测了建筑用釉面瓷砖表面起伏,验证了该方法的可行性。     

光学自由曲面面形检测技术

光学自由曲面因其表面自由度较大,可以针对性地提供或矫正不同的轴上或轴外像差,同时满足现代光学系统高性能、轻量化和微型化的要求,逐渐成为现代光学工程领域的热点。自由曲面的检测技术已经成为制约其应用的最重要因素,而目前精密光学自由曲面的检测手段仍然沿用非球面检测方法。本文回顾了近年来的自由曲面检测发展历程,对目前主流的非接触式检测方法(微透镜阵列法,结构光三维检测法,相干层析术,干涉检测法)进行了重点介绍;总结了非球面检测方法运用到自由曲面检测中的技术难点,同时结合这些技术难点,展望了自由曲面检测的未来发展新趋势,主要集中在非旋转对称像差的动态补偿、分区域像差的回程误差校准及子孔径拼接技术。     

用于智能移动设备的条纹反射法检测系统

条纹反射法是一种结构简单的三维面形检测手段,本文对该方法在智能手机、平板等移动设备中的集成和应用进行了研究。首先,对条纹反射法标定误差以及智能设备的特点进行了分析。然后,在分析实际检测中的关键误差基础上,提出了通过相机非线性定标、改善相移算法、格点位置标定、应对相机自动增益调整等一系列方法和算法,在设备现有硬件条件下提高了测量精度和稳定性;最后,使用iPad Air对直径为105 mm的SiC反射面进行了实验。结果表明,标定精度在毫米量级时,对反射面的检测精度RMS值达到33μm,并且以低频误差为主,在局部高频区域检测结果有明显优势,证实了在不使用其他外部设备前提下,集成于智能平板的条纹反射法具备几十微米量级精度的检测能力。     

非球面光学元件的面形检测技术

介绍了非球面各加工阶段的面形检测技术及其最新进展,重点介绍了非球面精密抛光期的面形检测技术,并对其中的非零位子孔径拼接干涉检测法和部分补偿法进行了详细阐述,提出了适用于大口径、深度非球面面形检测的组合干涉法的概念。概述了近年来受到关注的自由曲面非球面的发展和检测技术现状,展望了非球面检测技术的发展趋势。     

非球面光学元件的面形检测技术

介绍了非球面各加工阶段的面形检测技术及其最新进展,重点介绍了非球面精密抛光期的面形检测技术,并对其中的非零位子孔径拼接干涉检测法和部分补偿法进行了详细阐述,提出了适用于大口径、深度非球面面形检测的组合干涉法的概念。概述了近年来受到关注的自由曲面非球面的发展和检测技术现状,展望了非球面检测技术的发展趋势。     

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.     

大口径反射镜组件面形检测系统及方法研究

大口径反射镜组件检测存在的设备昂贵、环境要求苛刻等问题。基于S-H波前传感器的子孔径拼接检测技术,对其拼接算法进行改进,提出混联拼接算法,有效减小拼接导致的面形检测误差。该方法结合自准直波前检测系统和高精密二维扫描系统形成大口径反射镜反射面形拼接检测系统。对比实验表明,该系统测量误差为0.072λ,满足高功率固体激光器对大口径反射镜组件装校过程面形控制的要求。     

用条纹图形拼接法测量三维大物体面形

三维物体面形的测量在各个领域中有着广泛的应用，用莫尔法、调制光场分析法测量具有非接触性、高精度、快速的特点，但对于大物体的测量却存在着许多困难，诸如阴影噪声难以消除、条纹对比度低。考虑到图形的相关性，本文提出了一种基于多孔径拼接原理的测量三维大物体面形的方法：条纹图形拼接法，给出了数学模型、计算机模拟结果和实验结果。     

基于条纹反射术的槽式抛物面单元镜面形测量

针对太阳能热发电槽式抛物面聚光器单元镜面形测量的问题,采用条纹反射技术和时域相移解包裹技术相结合的方法,在三维轮廓测量系统模型的基础上,建立了一个结构简单、易操作的测量系统。在对系统设备无任何严格要求的前提下,利用投影仪向投影屏幕上投射正弦条纹,由相机拍摄记录单元镜反射产生的条纹,根据标定的系统参数及三维轮廓测量系统模型来计算单元镜表面面形。通过现场实验,获取了单元镜的面形分布情况,结论证明该测量方法的可行性。该测量系统的建立为以后的测量工作提供了一定的参考,并在太阳能热发电领域有很好的应用前景。     

基于自由镜面反射位姿评估的条纹反射摄影测量

在条纹反射摄影测量中,由于产生条纹图形的液晶显示器不直接出现在摄像机的视场范围内,摄像机与液晶显示器之间的位姿标定是条纹反射摄影测量的主要难点。为了简化标定过程,提出了采用平面镜直接对液晶显示器上的条纹反射3次并利用固定摄像机接收反射条纹,通过对摄像机与条纹虚像之间的3次位姿评估,完成摄像机与液晶显示器的位姿标定的方法。在镜面面形测量中,利用两者之间的位姿关系可以将待测点的反射光线和入射光线统一在摄像机坐标系下,完成光线的三角交会,实现镜面面形测量。数值模拟和实验结果表明,此方法简单易行,且精度较高。     

表面等离子体共振控制镜面反射率

对金属介电常数随温度变化的计算进行了修正,提出了利用表面等离子体共振(SPR)实现温度控制镜面反射率的方法。在Kretschmann结构中的金属膜上涂覆热光系数较大的聚合物材料,考虑该结构中各种材料介电常数以及金属膜厚度随温度的变化,利用特征矩阵法进行了数值模拟,得到SPR反射率曲线随温度的变化。模拟结果显示,当波长为532nm的p偏振光分别以70°和75°入射时,在10℃～90℃范围内调节温度,可实现反射率在52.8%～41.5%和31.1%～18.8%范围内的调节。     

一种微米级高度台阶镜面条纹反射的三维测量系统

提出了一种检测微米级高度衍射台阶结构的条纹反射三维检测方法.对条纹反射光路的理论分析表明,合理选择入射光线角度和液晶屏放置角度以及液晶屏像素尺寸等系统参数,条纹反射系统能够分辨微米乃至亚微米级的镜面台阶.实际构建了一套微米级台阶镜面条纹反射测量实验装置;采用四步相移法进行条纹相位解算,运用移动屏幕方法确定反射光线方程,结合三角交汇原理,对待测台阶镜面进行三维重构.实际测量了名义值为5μm和10μm的台阶镜面,测量结果不确定度在0.5μm内,和商业仪器测量结果的偏差<0.5μm,证明了设计方法的可行性.本文结果对于包含衍射台阶结构的光学元件三维测量研究具有一定的借鉴意义.     

利用自由曲面进行微变焦共形光学系统设计

为使万向支架式共形导引头光学系统获得更大的无渐晕观察视场,设计了利用自由曲面进行像差平衡补偿的折反射式微变焦共形导引头光学系统.系统在所有观察视场中的均方根点斑直径都接近或小于像元尺寸,且在非零搜索观察视场中都具有接近衍射极限的成像质量,该方法使共形光学系统获得大的无渐晕观察视场成为可能.     

利用光纤环形腔获得短脉冲的特性研究

利用色散渐减光纤构成的非线性光纤环形镜压缩超短光脉冲的动力学特性，发现脉冲压缩存在最佳长度，此时输出脉冲近似为无啁啾脉冲；在最佳长度附近相当宽的范围内，压缩脉冲具有较好的时域及频域质量。当光纤环长度小于或大于某一值时，都会导致得到的压缩光脉冲质量退化。     

利用非线性光学环路镜实现多个波长的同时变换

利用非线性光不路镜（ＮＯＬＭ）成功地实现了多个波长的同时变换,最大波长变换间距大于２５ｎｍ。实验系统中采用增益开关分布反馈半导体激光器（ＧＳ ＤＦＢ－ＬＤ）产生的超短光脉冲作为控制光,频谱分割法得到多波长激光作为信号光。改变控制光的输入功率或非线性光学环路镜中的偏振控制器的偏振方向能够改变不同变换波长信号的性能。