牙齿窝洞预备标准化数字教学评估研究

牙齿窝洞预备技术的训练是牙科临床教学中的一个重要环节.本文介绍了牙齿窝洞预备标准化数字教学评估的关键技术.通过对学生预备牙体进行非接触式三维扫描,获取牙体颌面的点云数据,以此实现了基于点云的牙体颌面窝洞形态的重建.通过比较标准形态与测试形态在窝洞轮廓线和窝洞深度上的不同,实现了牙齿窝洞预备结果的数字化评估.在此基础上研发了系统原型,该系统的快速评估过程大幅提高了教师的工作效率,同时提高了学生的口腔实践技能技术.     

三维面型的绝对测量

传统的三平面互检法与ZYGO干涉仪自带的three-flats程序都不能实现三个平面的三维面型测量.以ZYGO干涉仪的GPI程序为基础,通过对仪器的局部改装,实现对三个平面的三维面型测量的一种改进的三平面互检法.将改进的三平面互检法的结果取其纵向面型信息与ZYGO干涉仪中three-flats程序直接测得的三个平面纵向面型的测量结果进行比较,结果PV值误差在0.001λ以内.验证了此法的准确性和可行性,为干涉法测量高精度面型技术的发展提供有力的支持.     

光学元件亚表层损伤检测和规律研究

为了分析光学元件的加工工艺与亚表层损伤的关系,验证亚表层损伤/表面粗糙度比例预测模型的正确性,探索一种能够快速检测亚表层损伤的方法.文中基于激光散射和共聚焦显微成像理论,分析了共聚焦显微系统测量亚表层损伤的可行性;对三种不同工艺加工的光学表面,利用OPTELICS S130五波长共聚焦显微镜获得光学表面亚表层损伤的三维立体图和纵向数据图,在TalySurf CCI上测量了光学表面的粗糙度,分析了加工过程中磨粒直径变化规律对表面粗糙度和亚表层损伤深度的影响,验证了亚表层损伤深度和表面粗糙度之间呈单调递增了的非线性关系.研究结果表明,共聚焦显微成像技术可以实现亚表层的非破坏性定量检测.     

大口径波片空间相位延迟量误差研究

波片相位延迟量的常用检测方法只是针对激光光束直径(2 mm左右)的光束测出的平均值,对于大口径波片空间相位延迟量的检测,本文提出基于菲索干涉仪的检测方法,建立了波片的空间相位延迟量误差与干涉图样之间的理论数学模型,理论分析了影响相位延迟量误差主要因素有:光源的光谱宽度、石英晶体的空间折射率分布以及波片的面形误差；利用MATLAB程序编程,进行了数值计算,若要求波片的相位延迟量总误差小于一般波片测试误差1°,则光源的光谱宽度应小于0.2 nm,石英晶体的空间折射率分布误差应小于0.005,面形误差应小于200 nm；实验室搭建菲索干涉仪,选取了口径25.4 mm的石英波片进行测试,测试效果良好,测量精度为0.05°。     

大口径抛物面镜子孔径拼接测量

针对大口径抛物面面形检测,提出一种基于无像差点的子孔径拼接测量新方法。首先,分析了该拼接方案特殊的子孔径生成方式及子孔径名义运动路径计算的形式;其次,通过建立统一的像面坐标系和全局坐标系的函数关系,结合坐标转换求解出各个子孔径数据对应的全局坐标;最后,采用目标函数法拼接恢复出全口径面形。对一抛物面镜利用该拼接方案进行了计算机仿真实验,拼接得到RMS值的偏差为0.0014。实验结果表明,该检测方法可以实现大口径抛物面镜的高精度测量。     

单幅干涉条纹图的高精度波面重建技术

结合莫尔条纹、傅里叶变换和数字相移技术实现了对单幅干涉条纹图的高精度相位计算和波面重建.首先,用计算机生成与被处理干涉条纹频率相近的数字相移条纹图,与实际干涉条纹图叠加得到相移莫尔条纹图;然后,利用傅里叶变换、双频滤波、傅里叶反变换和相移技术得到干涉条纹图的相位数据;最后利用波面拟合技术重构原干涉条纹图对应的波面形状.研究结果表明,该技术不仅消除了干涉仪硬件相移产生的非线性误差和滤波时的频谱移中误差,高精度获得了单幅干涉条纹图对应的波前,而且简化了系统的机械结构.同时,对环境的要求明显降低,特别适用于生产现场的检测.     

旋转平移法平面绝对检测的偏心误差修正

针对旋转平移法在检测过程中存在偏心误差的问题,提出一种基于三维面形的图像配准偏心误差修正方法.首先采用旋转平移绝对检测法获得旋转0°和旋转180°两个状态下被测镜的面形;然后利用三维面形数据构建相似度函数,实现被测镜面形在0°和180°状态下的配准,从而获得偏心误差.数值仿真计算结果表明,偏心误差修正前,残余面形的峰谷值为7.783 nm,均方根值为0.578 nm;偏心误差修正后,残余面形的峰谷值为0.034 nm,均方根值为0.004 nm.结果 表明该修正方法可行,可以有效提高旋转平移法的检测精度,为高精度光学元件面形的绝对检测提供重要参考.     

重构Zernike多项式在微透镜测量中的应用

为了正确的评价微光学透镜的质量,在哈特曼波前传感器测量原理的基础上,提出了基于Gram-Schmidt正交化方法,搭建了哈特曼传感器测量微透镜实验装置,进行了微透镜的实际测量,对获得参考透镜和被测透镜的波面数据进行了处理分析.实验结果表明：利用对Zernike多项式重构波前信息,得到了被测微透镜的波前及像差参数.     

Zernike多项式的条纹反射三维面形重建算法研究

针对光学镜面测量中的面形重构问题,提出了一种基于Zernike正交多项式的面形重建方法。通过理论推导建立了面形重建数学模型;利用Matlab仿真模拟,分析了Zernike项数与采样点数的关系,研究了不同项数及采样点数对重建结果的影响;以双曲面为例进行了算法的有效性验证,给出了重建后面形的36项Zernike系数;最后对算法进行了噪声等级变化分析。研究结果表明:对于一个初始面形峰谷值(PV)为0.007 5 mm,均方根值(RMS)为0.001 1 mm的双曲面,选择Zernike前36项系数、采样点数为300时,拟合面形残差PV=2.664 5e-15 mm,RMS=4.661 6e-16 mm,拟合效果较好,且当噪声在15%以内,算法适用性较好。研究结果为后续复杂镜面条纹反射测量提供参考。     

光学元件面形评价参数的稳定性及关联性

为了选取最优评价参数以消除峰谷值(PV)参数出现的敏感性、波动性和不确定性等弊端,文中通过对不同波面的分析和重复性的讨论,对PV、PV_m、PV_(20)、PV_q和PV_r评价参数的稳定性进行分析;对传统抛光加工方式下仅含单项像差的波面和一般波面中PV相关评价参数与均方根值(RMS)的关系进行研究.结果表明:PV_q和PV_r参数有较好的稳定性.对于仅含单项像差的波面,PV相关参数和RMS的比值均为恒定值,采用单一的参数评价面形质量;对于一般的面形测量,PV相关参数和RMS的比值无确定的关系,采用PV和RMS参数综合评价光学元件的面形质量.