波前像差测量中的人眼定位误差分析

在描述Hartmann-Shack波前传感器原理的基础之上,研究了在测量波前像差过程中人眼定位误差所引起的测量误差,给出了光学系统下与人眼视度相关的误差数学表达式,分析了在满足眼镜镜片国家标准(GB 10810-1996)的条件下人眼定位可允许的误差范围,这对于改善和提高Hartmann-Shack测量人眼波前像差的精...     

人眼波前像差客观测量的研究

分析波动光学中人眼像差的产生机理和波前像差的表示方式。运用Zernike多项式表示人眼波前像差函数,研究Zernike多项式与人眼波像差的对应关系以及一些高级像差对人眼成像质量的影响。通过对自适应光学中Zernike多项式重建波前理论的研究,重点分析了应用Hartmann-Shack波前传感器测量人眼客观像差并用变形反射镜矫正人眼像差的解决方案。对提高正常眼睛的视力和人眼屈光矫正手术具有重要的实验和临床价值。     

微型铣刀外径视觉测量系统的照明设计

为了满足微型铣刀外径视觉测量系统的照明需求,设计并制作了一种基于柯勒照明原理的平行光源。平行光源由白光LED、孔径光阑和3组组合透镜组成,使用zemax对光路进行了仿真。设计并加工了多级可调金属圆筒机械结构,将光源各部分器件固定组合,光源总长为142 mm。搭建了微型铣刀外径视觉测量系统,并分别使用漫射背光光源和平行背光光源对铣刀进行照明成像。实验结果表明,平行背光照明提高了铣刀测量系统的测量精度,降低了铣刀的测量离差。     

人眼像差测量技术研究进展

眼睛由于内部结构的复杂多变,成像时伴随有大量的像差。用于测量人眼像差和视网膜成像质量的各种技术已经问世,然而至今还没有形成标准规范的眼像差测量方法。目前已经提出的眼像差测量技术有:阴影眼像差仪,Hartmann-Shack眼像差仪,干涉量度法和双程法,以及测量评估视网膜成像质量的人眼调制传递函数测量仪。详细回顾和描述了这几种技术的实验光路、实验原理和实验结果,同时在比较各种技术的基础上提出了眼像差研究的发展方向。     

外反射像在折射率自动测量中的应用

本文介绍-种用外反射像引导光探测器、由光探测器跟踪外反射像的“引导——跟踪”式自动调节测量系统的方法。在调节测量系统使其成为对称光路的同时,可完成自动寻找最小偏向角位置以及准确测量最小偏向角,实现折射率的自动测量。     

利用实时光学图像特征提取法测量液相扩散系数

介绍了一种利用非对称液芯柱透镜结合实时光学图像特征提取方法测量液相扩散系数(D)的方法。该方法基于图像采集系统的软件开发工具包对采集系统进行二次开发,并用自编应用软件对图像中特定区域进行亮度及宽度的特征提取。然后,依据图像特征自动寻找出实验所选液体折射率薄层清晰成像点的位置并记录该位置随时间的变化关系。最后,根据Fick第二定律计算出液相扩散系数。采用这种方法,实验研究了室温(25℃)条件下乙二醇在纯水中的扩散过程,测得其扩散系数D=1.164×10-5 cm2/s,与文献报导值的相对误差为0.34%。与直接观察测量法相比较,此方法实现了测量的自动化,避免了人为主观判断误差,具有测量快速、准确,计算耗时短,实验测量结果稳定的特点。     

分焦平面偏振图像传感器信噪比标定

为了标定分焦平面偏振图像传感器的信噪比,设计了分焦平面偏振图像传感器各通道信噪比标定实验。对分焦平面偏振图像传感器信噪比参数对偏振角度测量结果的影响程度、信噪比标定原理、标定实验流程等进行了研究。根据分焦平面偏振传感器的结构和数字图像传感器的数学模型得到信噪比的标定原理。在不同信噪比、不同入射角度线偏振光情况下,对偏振角度测量结果进行了仿真。然后,根据标定原理设计标定实验的装置结构和实验流程。最后,进行实际标定并对实验数据进行了分析。信噪比-偏振角度测量精度仿真结果表明：分焦平面偏振图像传感器的信噪比越大,偏振角度测量精度越高,且入射偏振光角度也会影响测量精度。分焦平面偏振图像传感器各通道信噪比参数的实际测试结果表明：标定值与指标值相差不超过0.55 dB。实验结果证明,该方法是准确有效的,能够较好地完成分焦平面偏振图像传感器各通道信噪比的标定任务。     

人眼像差仪中瞳孔自动跟踪的实现

瞳孔自动跟踪技术是通过对像差仪采集到的人眼图像进行图像处理,对准分子激光人眼屈光手术中患者眼球进行准确定位,消除患者眼球转动对手术造成的影响。该技术已用于人眼像差仪中,并取得了良好的效果。     

基于光学自准直法的光波导阵列平行度测试

为了提高几何光波导的成像质量,提出了一种基于离轴自准直光路的光波导阵列平行度测试方法。根据阵列平面特征分析了以空间二维角度表征光波导中半透半反膜阵列平行度的误差评定模型,将几何光波导成像原理与自准直光路相结合,推算出了阵列平行度的数学关系式。然后,构建了光波导阵列平行度测量系统,系统中具有光源控制器可以控制输出光强,有效解决了因光波导中不同半透半反膜的光能利用率不同而影响测量的难题。利用Steger算法对自准直回像进行图像处理。最后,完成了标定和阵列平行度测试以及验证实验。实验结果表明,平行度测量系统的测量不确定度为1.14″,最大重复性误差为0.32″。该方法可以快速准确地测量几何光波导中的阵列平行度,对光波导阵列面的姿态修正以及成像质量的提高具有指导意义。     

基于CNN的十字像中心检测

十字线中心检测是反射法测量透镜中心偏的重要组成部分,十字中心的检测精度决定了透镜中心偏的测量精度。针对边缘不规则、对比度差、信噪比低的图像,提出了基于深度卷积神经网络的十字线中心检测算法。算法的思想是,卷积神经网络可以在一定程度上解决传统算法局限于提取十字像边缘直线和角点特征的问题,实现对十字像整体特征的识别与定位,这可以相对减小图像噪声对十字像中心定位的影响,从而实现在图像质量比较差的情况下对十字像中心准确定位。实验结果表明,提出的算法能够在图像边缘不规则、对比度差、信噪比低等的条件下比较精确得到十字线中心点。     

基于像差修正的同轴度测量方法

为了实现在同轴度测量中平行偏差(平偏)和倾斜偏差(角偏)两个量的同时测量,建立了基于激光准直性的光斑接收系统。该系统由接收物镜、分光棱镜和CCD构成。以物镜光轴、准直光束几何中心线和两个CCD接收面构成的三角关系进行两个偏差量的计算;并通过对系统像差的分析,提出了显著降低物镜像差对测量结果影响的算法。理论和实验数据表明,对于平偏测量范围为±10 mm、角偏测量范围为±2°、接收物镜焦距为50 mm、CCD尺寸为1.6 cm的系统,平偏测量精度可达0.02 mm,角偏测量精度可达9.5″。因此,该系统可以满足较大范围内的旋转机械同轴度测量的需要。     

视网膜细胞显微镜的照明系统

为满足视网膜细胞成像照明光束的高亮度、窄谱宽要求,提出了一种用于视网膜细胞成像的照明系统,将半导体激光器发出的632.8nm激光耦合到芯径为105μm的多模光纤中,用聚光镜将多模光纤的出光端汇聚到一个旋转毛玻璃上,再用一个投射物镜将毛玻璃上的光源像投射到眼睛里照亮视网膜。试验发现该照明方法很好地消除了激光散斑,满足视网膜显微成像对高亮度光源的要求,光源有较窄的谱宽,成像系统色差很小,成像质量优于采用传统氙灯做照明光源的图像。该照明系统能较好地满足视网膜显微成像。     

基于激光准直瞄准的大直径测量系统的研究

如何提高大尺寸工件的在线测量精度，是大型机械加工的重要课题。针对大型立式车床的加工环境，本文提出了一种大端面工件在线测量方案。该方案采用激光准直瞄准定位，以测量瞄准误差为补偿，其合理的光路设计清除了阿贝误差，提高了瞄准精度。由于瞄准是以激光准直光束为基准，激光束的漂移造成基准的不稳定是整个测量系统最大的误差来源，而该方案采用“双光束反向漂移补偿法”抑制光束漂移，使角漂误差达到10^-6rad量级。实验结果表明，本方案的测量精度完全满足IT6的加工要求。     

Collimation testing of laser beam with holographic optical elements

The shear elements in the shear interferometers of collimation test are commonly plane parallel plates or wedge plates of a small wedge angle. A new holographic shear element that acts as the wedge plate is proposed. The interferometer composed of holographic shear lenses has the advantages of high contrast fringes and adjustable shear amount. It posses the flexibility of altering the measurement sensitivity in a broad range, has more suitability and can meet different measuring requirements. Detailed analysis for the experimental configuration of this system is presented.     

基于无衍射姿态探针和全站仪组合测量空间隐藏坐标

针对大尺度空间中构件特征隐藏区的空间坐标测量,提出了一种基于无衍射光束的测量探针,并将该探针与全站仪结合构成了空间坐标组合测量系统。介绍了探针姿态测量系统和组合测量系统的结构与原理。测量时,首先将探针测头接触于被测点,并用全站仪或激光跟踪仪瞄准探针的光学系统,测得探针的空间位置坐标。接着,使用探针将测距激光通过axicon透镜变换为无衍射光,并由CCD摄像机获得图像。由无衍射光的中心一对一映射激光的入射方向,通过无衍射光图像定中计算,获得探针的水平角和俯仰角。最后,通过电子倾角仪测得探针滚动角;联合测得各姿态角和位置坐标,通过坐标变换,计算得出被测点的空间坐标。实验显示,该探针的姿态角测量精度为1mrad,组合测量空间位置偏差为±1mm,表明基于无衍射光束的探针与全站仪所构成的组合测量系统可满足大尺度空间中特征隐藏区空间坐标测量的要求。     

An interference technique for measuring the thickness of semi-thin and thick sections

An interference method is described for measuring section thickness in the range 0·3–45 μm. An incident illumination objective incorporating a beam splitter and adjustable reference mirror is used to generate interference fringes by reflection from the upper surfaces of sections on glass slides. Sections do not require a reflective coating. The lateral displacement of the zero-order fringe generated using white light is measured in terms of sodium light fringes and photographic enlargement of the fringes allows measurement to ± 30 nm. The method is simple in operation and allows rapid assessment of any local distortions over the entire section area.     

基于数字微镜器件的并行彩色共聚焦测量系统

彩色共聚焦技术因其高分辨率、高测速的特点,在表面形貌测量领域备受关注,然而现有的彩色共聚焦技术多为单点测量,一定程度上限制了测量效率。本文在彩色共聚焦技术的基础上,以DMD作为光分束器件,结合自主研发的大口径色散管镜,利用面阵彩色相机作为光电接收器件,研究和建立了基于数字微镜器件的并行彩色共聚焦实验平台,实现了对被测物面上多个探测点的并行图像处理。最终,利用所搭建的并行彩色共聚焦测量系统,对50μm高的台阶和自制台阶进行了测量,并对硬币的表面形貌进行了三维恢复。实验结果表明,该测量系统的轴向测量范围为300μm,测量精度达到微米级;同时,能够较好地恢复硬币的表面形貌特征,具有较好的测量效率与可靠性。     

基于成像式照度探测的菲涅尔光学助降系统检测方法研究

为了解决菲涅尔光学助降系统(FLOLS)的检测问题,文中根据FLOLS检测应满足的技术指标,提出了一种基于成像式照度探测法的菲涅尔灯发光强度测量方案,并根据分析设计研制了成像式照度探测装置。通过试验,结果表明该装置可远距离对大口径、大发光角度的菲涅尔灯进行发光强度的探测,满足菲涅尔光学助降系统检测装置测量的要求。     

照明光束准直性对傅里叶功率谱尺度的影响

本文详细分析了光束准直性对物体傅里叶功率谱尺度的影响,指出在一定条件下,光束准直性的好坏不影响傅里叶功率谱的尺度。文中的分析与结论对频谱分析系统的正确使用具有指导意义和实用价值。     

高温物体比辐射率在线测量系统的研究

本文研究了一种利用激光在线测量高温物体比辐射率的智能化仪器。该仪器由光学发射与接收系统,信号处理与放大系统及显示系统三部分组成。其中,光学系统主要包括：半导体激光器,斩波器,准直镜,扩束镜,分束镜,组件滤光片,聚焦透镜,ＰＩＮ光电二极管等;信号处理与放大系统主要包括：电压跟随放大电路,模－数转换电路及８０３１单片机等;