Ronchi光栅Talbot效应长焦距测量的准确度极限研究

针对基于Ronchi光栅Talbot效应的长焦距测量方法 ,分析了利用傅里叶变换求取莫尔条纹角度的准确度限制 ,提出了通过傅里叶变换的多次迭代逼近来提高角度计量准确度 ,从而提高长焦距测量准确度的方法 。

数字图像处理在焦距测量中的应用

本文介绍了几种数字图像处理法的焦距评价函数，而且对其中３个焦距评价函数进行了实验。文中还详细介绍了实验装置的工作原理，并对实验结果进行了分析。

基于数字图像处理方法的焦距测量技术研究

介绍了基于数字图像处理方法测量透镜焦距的玻罗板分划线快速自动甄别法。该图像处理方法鲁棒性好,采用Canny法进行分划线边缘检测。用重心法计算所有线条的重心,从重心往两边搜索线条,判断选取间隔大的刻划线对,可以提高测量精度。实验数据表明该方法的相对测量不确定度能达到8.5×10-4。为实现以数字图象处理为基础的焦距客观测量提供了一种可行的技术途径。

基于Talbot-Moiré法的长焦透镜焦距测量的极限精度分析

长焦距测量的Talbot-Moiré法是研究热点,目前很多方法虽然都是基于Talbot现象和Moiré技术,但基本原理和实验方案各不相同,因此焦距计算公式也不相同。基于透镜位相变换作用,利用Talbot效应和Moiré条纹,通过图像处理的方法获得条纹的斜率变化,根据焦距与莫尔条纹斜率之间的关系求得透镜焦距。由于长焦透镜的焦距相对于被测透镜厚度大得多,完全可以看作是薄透镜对光束的变换,可用薄透镜对球面波的变换作用来近似表示其对高斯光束的变换。因此,该方法测量长焦透镜焦距对于高斯光束与非高斯光束焦距测量结果无差别,均适用。最后全面分析了该测量方法的误差及精度极限。在影响测量精度的各个误差因素中,光栅节距误差对焦距测量的影响最为显著。

基于Hartmann-Shack波前检测原理的微透镜阵列焦距测量

基于哈特曼波前传感器检测原理,结合图像清晰度定焦技术,提出了一种测量微透镜阵列焦距的方法,介绍了测量系统的组成和原理。首先利用平行光管的出射平面波前在被测微透镜阵列焦面上成像,利用标准透镜产生的球面波前在微透镜阵列焦面附近成像。然后,根据平面波前和球面波前经过微透镜阵列成像时微透镜阵列焦面上光斑的偏移量,计算相应的微透镜阵列子单元的焦距。最后,基于图像清晰度定焦技术,通过不确定度分析和实验测量验证了该方法检测微透镜阵列焦距的可行性。测量结果表明,该方法对微透镜阵列焦距检测精度可达到3%;同时,一次测量可完成微透镜阵列多个子单元的焦距标定。相对于传统的检测方法,该方法具有较高的检测精度和效率。

离轴光学系统的畸变分析及焦距测量

为了实现离轴光学系统的高精度畸变分析、测量及在轨图像的快速、高精度畸变校正,利用高阶畸变分析方法对离轴光学系统的相对畸变进行了拟合分析。首先,对离轴光学系统的理论畸变进行了分析,提出了等效焦距的概念,并利用高阶畸变分析方法对系统的相对畸变进行了拟合分析;接着,针对装调完成的某离轴光学系统完成了畸变测试及焦距测量;最后,利用实测结果完成了该离轴光学系统的物像对应关系的高精度解算。与ZEMAX光线追迹的结果相比,利用高阶畸变系数计算得到的等效焦距最大偏差为0.366 mm;对于某装调完成的离轴光学系统,实测等效同轴系统焦距的偏差仅为6.378 mm,相对偏差为0.073%。验证了该方法对于离轴光学系统畸变分析、测量及焦距测量具有正确性及精度保证,将为在轨图像的快速、高精度畸变校正提供可靠输入。

基于双朗奇光栅的焦距测量技术研究

随着中长焦距光学元件在光学遥感、高功率激光器和天文望远镜等系统中的广泛应用,对这类光学元件焦距的高精度测量提出要求。在双光栅干涉焦距测量技术的基础上,提出了一种新的改进算法。该算法通过Moiré条纹倾斜角度与待测元件焦距之间的函数关系得到焦距计算公式,并利用入射平面波时Moiré条纹的理想状态优化了该计算公式,解决了Moiré条纹倾角基准线的确定问题,提高了Moiré条纹角度求解精度。采用2块周期为20μm的朗奇光栅搭建了长焦距测量装置。实验测得的透镜焦距为36.690m,测量重复精度达0.382‰。

基于液晶分划和数字图像处理的正透镜焦距测量研究

讨论了一种基于LCD、CCD和数字图像处理的正透镜焦距测量方法 ,是光电法自动化测量光学系统多个参数的一种有益的探讨。用液晶屏显示分划图形取代平行光管的分划板 ,用CCD在接收方采集数字图像并送入计算机 ,通过图像处理和分析得出被测透镜的焦距。运用叠加的方法提高图像的信噪比 ;结合重心法和平行线拟合方法求取平行线对的间距 ;应用高精度焦距标准透镜标定数字图像和实际像之间的比例关系。详细介绍了测量和图像处理的方法 ,进行了公式推导和误差分析 。

温度对长焦距测量精度的影响

基于Ronchi光栅的泰伯效应,在理论上分析了温度场的波动对长焦距测量系统稳定性的影响.通过大量实验研究验证了在长焦距测量系统中内部和外部温度场的波动引起空气折射率的随机变化,进而影响到测量系统焦距测量值的稳定性.在对测量系统He-Ne激光源采取水循环降温、切断系统外部冷热源、对测量系统中光栅对采取隔热封装等有效措施后,使长焦距测量系统的重复性测量精度提高了5～8倍,标准差达到了0.1‰左右,测量数据波动范围在5 mm左右,其测量精度及其稳定性均达到了实际测量的要求.

大口径长焦距镜面和透镜的扫描法焦距测量技术

提出了用扫描法测量大口径长焦距镜面或透镜焦距的方法。这种方法是通过对一块Ronchi光栅的Tal bot像与另外一个Ronchi光栅所产生的莫尔条纹转角的计量来测量长焦距;通过扫描对大口径范围内的整个区域进行测量。实验结果表明,这种方法能够实时地、非常精确地测量长焦距。

同心环形光栅环状莫尔条纹在光学系统焦距测量上的应用

本文提出一个确定任何光学系统焦距的普遍方法，并从理论上论述了同心环形光栅环状莫尔条纹的产生机理，推导出由光栅副所产生的环状莫尔条纹测量光学系统焦距的定量表达式，并在实验上给出了测量结果。实验表明，使用该方法非常简便，有很广的应用范围。

凹透镜的焦距测量误差与光心指示偏差间关系

透镜加工很难避免光心不出现偏离,同时在测量透镜的焦距过程中需要将透镜利用支架置于光具座上,这些因素必然导致光心的实际位置与轨道刻度尺上的指示位置出现偏差(简称光心指示偏差),最终必然给焦距测量带来误差。实际测量过程中经常发现,即便是同一套光学仪器,多次测量结果间时常出现很大的偏差。通过分析研究,对辅助法测量凹透镜焦距系统建立了数学模型,推导出透镜的焦距与物距、光心指示偏差之间的函数关系式,总结了光心指示偏差对焦距测量误差的影响规律,即物距越大焦距测量误差越小,并且光心指示偏差左偏情形导致焦距测量值大于标称值;反之,小于标称值。实验验证显示,依据该规律可显著提高焦距的测量精度。

CCD光电传感器在焦距测量中的应用

在透镜焦距测量中 ,利用线阵 CCD光电传感器作接收器 ,能够对透镜焦距实现在线自动测量和显示 ,并介绍该测量系统的工作原理、软硬件设计、测量误差及结果分析 .

基于数字图像处理技术的透镜焦距测量

针对光学透镜的焦距和后焦距的测量问题,设计了一套由平行光管和自准直仪组成的检测系统。基于数字图像处理技术,解决了测量系统中的自动对焦和双缝图像间距检测两个关键技术问题。实验结果表明,焦距的测量误差小于0.14%,后焦距的测量误差小于0.21%,能够满足一般工业检测需求。

焦深在焦距测量实验中的应用

焦深是指在保持影像较为清晰的前提下,焦平面沿着镜头光轴所允许移动的距离范围.在薄透镜的焦距测量实验中,必须严格测定物距和像距才能得到精确的焦距.本文对焦深随焦距的变化趋势从理论上进行了研究并且得到了实验的验证,然后利用这种变化趋势有针对性地调节透镜或者像屏来精确测量像距,以此提高焦距的测量精度.

凸透镜焦距测量的误差分析和减小方法

分析凸透镜光心位置偏差和清晰成像位置不确定对凸透镜焦距测量的影响 。

薄透镜焦距测量实验中焦深问题的研究

从焦深理论出发,解释了在薄透镜焦距测量实验中无法精确确定像所在位置(像距)的现象,并从理论和实验分析了这一不确定度与物距的关系.根据焦深理论对焦距测量中常采用的两种实验方法(二次成像法和成像公式法)的实验精度进行了分析.结果表明采用成像公式法测量透镜焦距,并且物距较小时,测量的精度较高.

离轴三反空间相机的焦距测量

离轴三反光学系统的焦距是空间相机的重要指标之一,离轴三反空间相机在完成光学系统装调及光学镜头装配后需要进行焦距测量。通过对两种经典的焦距测量方法即放大率法和测角法进行对比分析,选用测角法作为焦距的测量方法,同时对用于同轴光学系统的焦距测量公式增加离轴角修正量使其适用于离轴三反光学系统,并以某离轴三反空间相机为例论述焦距测量方法及步骤。由修正后的焦距计算公式计算出相机的焦距为8 010mm,证实了该测量方法的可行性。

CCD在焦距测量中的应用

以线阵ＣＣＤ光电传感器作为接收器，能够自动测量和实时显示透镜的焦距。介绍测量系统的工作原理、软硬件设计与测量误差。

基于泰伯莫尔法的长焦距测量系统的装调技术

为了实现长焦距的精确测量,基于泰伯莫尔法测量长焦距的原理,构建出了由准直波前发生器、泰伯干涉仪和成像采集系统组成的长焦距测量装置。分析了准直波前畸变对焦距测量精度的影响,用数值分析的方法分析了待测样品到光栅G1的距离s,光栅G1、G2的间距d以及栅线夹角θ对焦距测量精度的影响。提出了具体的装调方法:用五棱镜法检测波前,保证准直波前质量PV值优于一个波长;用光栅尺位移传感器测量s,标定d,使其精度达到0.1mm;采用标准反射凹球面法标定光栅夹角,使光栅夹角的装调精度达到0.001°。对焦距为5436mm的透镜进行实验测量,误差小于0.35%。