高精度子孔径拼接中参考面误差的去除方法

基于最小二乘拟合的传统干涉子孔径拼接方法实现了小口径干涉仪对大口径光学元件的检测,然而在子孔径测试过程中,由于干涉仪上的参考面存在面形误差,将使获得的各子孔径的面形数据偏离真实值,所以在进行高精度面形测量时,获得参考面的面形误差并将其补偿掉是非常必要的。因此,提出了一种在拼接过程中用Zernike项对子孔径间重叠区域数据进行拟合的方法来求得参考面面形。首先在传统的目标函数上加入一系列Zernike项表征待求参考面,然后按照最小二乘法对函数进行求解得到各项系数,从而得到拟合的参考面。对平面和球面分别进行了子孔径拼接实验,拟合得到的参考面面形与QED拼接干涉仪计算得到的参考面面形的PV值偏差小于5nm,RMS值偏差小于0.2nm,拼接后的重叠区域不匹配误差值小于10nm。实验结果表明,在子孔径拼接过程中可以补偿参考面误差而得到更真实的拼接面形。     

子孔径拼接检测光学平面反射镜技术

干涉检测作为高精度光学面形加工的基础,其检测精度决定了加工精度。为了解决大口径光学平面反射镜检测问题,基于子孔径拼接算法,提出了一种拼接因子用于重叠区域取值,同时利用 100mm口径干涉仪对120mm口径平面反射镜完成拼接检验,并将拼接检测结果与利用150mm 口径干涉仪直接检测结果进行了对比分析,实验结果表明,拼接结果无拼痕,拼接检测结果与全口径测量结果PV 与RMS 的相对偏差分别为7.25%与7.14%,检测面形是一致的,由此验证了拼接检测的可靠性和准确性。     

光学偏折子孔径拼接面形检测技术

针对大口径的高斜率动态范围光学元件的测量需求,提出了基于光学偏折技术的子孔径拼接测量方法。利用所搭建的条纹投影光学偏折测量系统,结合子孔径划分拼接方法,对各子孔径分别进行测量,并根据实际测量结果与测量系统模型光线追迹结果的偏差,高精度测得各个子孔径的面形数据,由此对各子孔径进行拼接来实现全口径面形测量。光学偏折测量技术相对干涉法具有很大的测量动态范围和视场,可极大降低所需的子孔径数量,由此大大提高了检测效率。同时提出了针对重叠区域的加权融合算法来实现拼接面形的平滑过渡。为验证所提出方案的可行性,分别进行了仿真分析以及实验验证。对一高斜率反光灯罩进行拼接测量实验,并将拼接测量与全口径测量结果进行对比。结果表明,利用所提出测量方法获得的拼接面形连续光滑,且与全口径测量面形RMS值偏差为0.0957 μm,优于微米量级。该测量具有较高的测量精度和大动态测量范围,并且系统结构简单,为各类复杂光学反射元件提供了一种有效可行的检测方法。     

光学元件表面疵病检测扫描拼接的误差分析

为实现大口径光学元件表面疵病的高效率、高精准的检测,本文提出一种能分辨微米级疵病的光学显微散射扫描成像检测系统,因为该检测系统单个子孔径的物方视场为毫米级,所以检测大口径光学元件需对X、Y方向进行子孔径扫描成像并将子孔径图拼接成同一坐标系下的全孔径图。在进行扫描时,系统的机构误差会被引入到子孔径列阵中,导致子孔径拼接处产生像素错位,甚至造成拼接断裂的情况,从而严重影响疵病等级及位置的正确评定。鉴于此,本文对影响全孔径拼接最敏感的误差因素进行了分析,并根据其特点找到合理减小误差的方法,确保子孔径的正确拼接。     

光学拼接误差对TDI-CCD相机的影响

光学拼接是扩大CCD相机视场的有效方法,其关键技术为拼接精度的设计计算和正确评价.为了对光学拼接的工艺性进行有效评价,指导CCD光学拼接的设计,以光学调制传递函数(MTF)为其评价函数,分别对光学拼接的搭接误差、直线性误差、共面性误差对时间延迟积分电荷耦合器件(TDI-CCD)相机光学传递函数的影响进行了理论分析,给出了各种光学拼接误差对光学系统传递函数的调制方程,为光学拼接技术的精度评价提供了理论依据,能够有效指导光学设备焦平面组件的工程设计.     

光学元件表面疵病检测扫描拼接的误差分析

为实现大口径光学元件表面疵病的高效率、高精准的检测,本文提出一种能分辨微米级疵病的光学显微散射扫描成像检测系统,因为该检测系统单个子孔径的物方视场为毫米级,所以检测大口径光学元件需对X、Y方向进行子孔径扫描成像并将子孔径图拼接成同一坐标系下的全孔径图.在进行扫描时,系统的机构误差会被引入到子孔径列阵中,导致子孔径拼接处产生像素错位,甚至造成拼接断裂的情况,从而严重影响疵病等级及位置的正确评定.鉴于此,本文对影响全孔径拼接最敏感的误差因素进行了分析,并根据其特点找到合理减小误差的方法,确保子孔径的正确拼接.     

子孔径拼接检测浅度非球面

子孔径拼接技术可实现无需辅助元件且低成本、高精度地对大口径光学镜面的测量。针对浅度非球面,在用子孔径拼接检测平面和高陡度非球面的基础上,提出了利用圆形子孔径检测浅度非球面的算法。对其数学模型、拼接算法以及检测过程进行了分析和探讨。利用37项Zernike多项式拟合浅度非球面,用圆形子孔径进行了划分。最后完成子孔径的拼接仿真,验证了数学模型及拼接算法的可行性,同时分析了子孔径的平移、倾斜和随机误差对拼接精度的影响。     

夏克哈特曼扫描拼接检测平面镜(特邀)

随着先进光学系统设计与制造的发展,大口径光学系统得到了广泛的应用。然而,大口径平面镜高精度面形的检测手段不足,限制了大口径平面镜的制造与应用。为实现大口径平面反射镜的高精度面形检测,提出一种夏克哈特曼扫描拼接检测平面镜面形的方法。对扫描拼接原理、波前重构算法进行了研究,建立了微透镜阵列成像的数学模型,验证了夏克哈特曼扫描拼接检测原理的可行性。针对一口径为150 mm的平面镜进行了扫描拼接检测实验,拼接得到的全口径面形为0.019λ RMS(λ=635 nm);与干涉检测结果对比,检测精度为0.008λ RMS,结果表明该方法能够实现大口径平面反射镜的高精度检测。     

基于迭代梯度算法的子孔径拼接检测技术研究

为了解决粗大调整误差下大口径光学平面镜的子孔径拼接检测问题,基于迭代梯度算法,建立了一套合理的拼接算法和数学模型,同时编制了拼接程序。结合工程实例,利用Φ600mm干涉仪实现了对Φ800mm平面镜的拼接测量。检测中,基于靶标对各子孔径实现对准,拼接所得面形光滑连续无狭缝。实验结果表明,利用迭代梯度算法可以高精度地完成粗大调整误差下大口径平面镜的拼接检测。     

干涉系统在拼接主镜共相位检测上的应用

由拼接镜面实现的大口径望远镜主镜,需要对拼接子镜进行精确校正来实现子镜间的共面,使得望远镜取得接近其衍射极限的光学成像质量,子镜之间的垂向位移误差需要被校正到入射光波长的几分之一(＜100nm).为实现此目标,在基于大口径迈克逊干涉原理的基础上设计了一套子镜间相位误差检测系统.该检测系统的创新性在于激光光源与白光光源同时应用,以对拼接主镜子镜问位置误差进行检测,检测的不确定度为5～6 nm,检测范围为30～μm,最后对该干涉检测系统的光学系统的设计进行分析,仿真出基于该检测系统的理论干涉图形,并得出较好的测试结果.     

基于偏振相关损耗测量磁场的高精度方法

为提高测量精度,提出了一种利用光纤光栅测量磁场的方法.依据磁场与光纤光栅偏振相关损耗成正比的理论,运用正交共轭反射镜来消除线性双折射,以Muller矩阵为基本方法,设计磁场测量原理图.数值仿真表明,通过正交共轭反射镜可以大幅度减少测量过程中的线性双折射,从而提高磁场的测量精度.     

基于光纤惯性传感的变形测量方法研究

为了对地表变形进行实时有效的监测,及时发现其不规则沉陷的规律和趋势,从而确定整个地表移动区域的下沉情况。本文选取MIMU惯性测量单元,布设光纤光栅传感器,设计分布监测网路对地表变形数据进行测量。构造新的指数型阈值小波算法并结合时间序列分析对采集的数据进行去噪处理,显著提高去噪效果,最后利用卡尔曼滤波进行变形体的变形趋势预测。与仿真实验结果对比分析发现,采用这种方法得到的数据准确有效,该方法可应用到地形变形预测的工程实际中。     

基于PT1000的高精度温度测量系统

温度控制精度对精密工业产品的质量有着决定性的影响,而高精度的温度测量是温度控制的前提.设计并实现了基于三线制恒流源驱动Pt1000的高精度温度测量系统,分析了温度测量系统中恒流源、信号调理、A/D转换等功能电路的工作原理和设计依据,给出了电路结构和电路参数.实验结果表明,该温度测量系统性能稳定可靠,测量误差不大于0.01℃.     

A displacement measurement system based on optical triangulation method

A new displacement measurement system is described in this paper according to the basic principles of traditional lasertriangulation method. The range of the traditional measuring method is enlarged by measuring in sections. Three independent CCDs, which are distributed uniformly along the optical axis, are used to achieve subsection measurement. The planemirror is regarded as a virtual detector. When imaging beam is reflected by the plane mirror, the beam is imaged on theCC D. The designed system is equivalent to add a CCD. The feasibility of the displacement measurement system is verifiedby the experiment.     

G.657光纤熔接和熔接损耗测试

在G.657.A2光纤推广和使用过程中,熔接和熔接损耗的测试出现了比较突出的问题或认识误区,本文分别针对"黑线"和"晕环"现象、熔接参数调整、OTDR测试熔接损耗"大正大负"等方面的问题进行了解释和汇总。     

双光路互参考高精度AOTF衍射效率测试方法及装置

适应现代光电检测技术对微弱光电信号测量精度的进一步追求,提出并验证双光路互参考高精度AOTF衍射效率测试方法。该方法利用光路可切换器件实现光路互参考检测,从而达到降低光源不稳定性、探测器响应差异性及光电干扰的目的,有效提高测试精度。首先对双光路互参考高精度AOTF测试方法的原理进行具体阐述,然后说明建立的针对AOTF衍射效率测量的双光路互参考探测实验装置并对其进行实验验证。分析及试验结果表明:采用互参考技术可使衍射效率测量方法数据精确度平均提高50%,有效降低光源不稳定性、探测器响应差异性的影响,实现提高测试精度的目的,最后对方法的适用范围及参考意义进行了分析及讨论。     

基于内窥光路的深腔盲孔形位检测及应用

提出一种光机复合高精度非接触光电成像检测新方法实现有限深腔内盲孔的形位尺寸检测。系统由精密传动机构、光学内窥系统、精密光栅传感检测系统、图像采集及处理系统组成。系统通过高精度的传动机构配合,使内窥光学系统在有限的深腔内线性移动,并利用高分辨率CCD摄像技术获取盲孔图像,通过图像处理完成深腔盲孔形位尺寸的测量。通过实例测试表明系统精度高于10 μm。     

采用光平面交汇的大尺寸坐标测量方法

工业大尺寸测量中常用的经纬仪、跟踪仪等多站式测量系统大多使用基于空间球坐标系的角度交汇测量方式.由于这种测量方法对测站轴系结构有严格的要求,导致现有的测量设备制造成本高、组装困难,并使最终测量结果受轴系误差影响较大.介绍了一种基于光平面交汇的多站式大尺寸测量方法.采用分布于工作空间内的多台激光发射站及接收器测量待测点坐标.建立了基于双旋转激光平面的单发射站数学模型,推导了接收器三维坐标计算公式并对基于光束平差原理的测站定向方法进行了讨论.新方法降低了对测站轴系精度的要求,提高了可靠性.实验结果证明:新方法的测量精度优于0.2 mm.     

基于光纤位移测量的透明液体折射率测量方法

本文提出了一种基于光纤位移测量的液体折射率测量方法。首先,采用激光干涉法设计了 液体折射率测量的光学系统,并基于激光散斑消除理论,设计了针孔滤波器合理消除散斑, 提高了系统的抗干扰能力;其次,对测量系统中的位移测量方法进行分析和研究,提出了 一种光纤式位移测量方法,并设计应用反射式光纤位移传感器,取消传统的条纹计数,实 现了位移的高精度测量,其测量分辨力可达微米级;再次,采用机械位移驱动系统,驱动 光学系统元件移动来实现光程差的自动变化,其驱动分辨力可达纳米级;最后,搭建液体 折射率总体测量演示验证系统,以纯水、溶液为实验对象,其所需待测样品的容量少 于0.001ml。实验结果表明:纯水折射率 的测量精度可达1.5×10－3, 溶液折射率测量精度可达2.1×10－3,表明该测量方法可实现液体折射率的非接触、高精度 、智能测量。     

基于太赫兹440 GHz系统目标RCS的高精确度测量

雷达散射截面积(RCS)是衡量目标对雷达波散射能力的一个重要物理量,在目标识别和成像中有重要作用。为解决太赫兹频段目标RCS测量精确度不高的问题,基于440 GHz的太赫兹目标RCS测量系统,提出一种新的校准方式并采用软件距离门等技术提高目标RCS的测量精确度。随后,对不同粗糙度的圆柱体进行测量得到其RCS测量结果,与理论值比较分析发现,采用新的处理技术使测量结果达到了较高的精确水平,可用于复杂目标RCS的测量和缩比规律的研究。