脉冲式激光测距仪计时系统设计与实现

激光测距技术被广泛应用于扫描成像、模式识别、目标跟踪等领域,快速、高精度的测距计时是其实现的基础。为满足上述领域的应用需要,对脉冲式激光测距的高速计时技术进行了研究。采用基于数字式内插测量方法以及高精度时间间隔测量芯片和数据处理芯片,设计并实现了激光测距仪的计时模块与数据传输模块。试验结果表明,该计时系统具有较高的测量精度,可实现测距信号的高速计算以及将测距数据快速传递至上位机的功能,对模式识别、跟踪目标等领域相关功能的实现具有应用价值。     

基于线阵APD探测器的脉冲式一维非扫描激光雷达系统

介绍了非扫描激光雷达的原理,描述了研制的基于线阵APD雪崩光电二极管的一维非扫描激光雷达系统。该系统使用线阵APD作为探测器,红外脉冲式纳秒激光器作为探测光源,利用飞行时间法实现了目标的一维距离图像的非扫描测量。系统使用了APD多通道并行前置放大电路,并利用模拟开关控制高速继电器进行多通道轮询切换,实现了APD阵列的多通道驱动,并有效地降低了通道间的串扰。进行了多组6 ~18 m的一维距离成像实验,结果表明系统的距离分辨率优于10 cm,各通道的平均测距标准偏差约为8.6 cm。该系统的设计为将来的面阵APD二维非扫描激光雷达的研制奠定了基础。     

用于高反表面测量的分块平滑自适应条纹投影方法

条纹投影轮廓术用于测量高反表面时，相机成像会出现饱和区域，区域内相位信息难以提取，进而造成三维重建错误。为此，文中提出了一种分块平滑自适应条纹投影方法。首先，通过投影少量均匀灰度图，对饱和区域进行分块，根据各块的饱和程度，计算相应的初始投影强度。随后，在不饱和情况下，投射亮暗两种强度的条纹图，通过在饱和区域融合两者相位信息，实现相机到投影仪的坐标匹配，获取初始映射投影强度；然后，对初始映射投影强度进行多项式拟合，构建平滑的投影强度曲线，用于逐像素获取最佳投影强度值，同步填补了因相机与投影机分辨率差异引起的映射孔洞，最终生成自适应条纹。最后，将生成的自适应条纹投射至被测物体，进行了相位解算和三维重建。实验结果表明：所提方法只需投影少量灰度图就能生成高动态范围的自适应条纹，实现了饱和区域相位信息的完整提取。相比于现有改进方法，面形三维重建的标准偏差分别减少了40%和28.6%，有效地提高了高反表面形貌测量精度。     

基于光谱干涉椭偏法的薄膜厚度测量

薄膜厚度的测量在芯片制造和集成电路等领域中发挥着重要作用。椭偏法具备高测量精度的优点,利用宽谱测量方式可得到全光谱的椭偏参数,实现纳米级薄膜的厚度测量。为解决半导体领域常见的透明硅基底上薄膜厚度测量的问题并消除硅层的叠加信号,本文通过偏振分离式光谱干涉椭偏系统,搭建马赫曾德实验光路,实现了近红外波段硅基底上膜厚的测量,以100 nm厚度的二氧化硅薄膜为样品,实现了纳米级的测量精度。本文所提出的测量方法适用于透明或非透明基底的薄膜厚度测量,避免了检测过程的矫正步骤或光源更换,可应用于化学气相沉积、分子束外延等薄膜制备工艺和技术的成品的高精度检测。