摘要：非球面光学元件,特别是其中的自由曲面元件,在设计自由度上相比于球面具有很大的优势,基于非球面构建的光学系统能够以简单的光机结构实现复杂的设计目的。面型检测技术是保障光学非球面加工精度的关键,针对不同种类的非球面以及非球面加工的不同阶段对检测指标要求的多样性,现已发展出了种类繁多的检测方法。本文回顾了非球面光学元件面型检测技术的发展历程,分非干涉法与干涉法两大类整理了常用的检测技术,介绍了各自的技术指标与适用条件、研究进展与应用情况。本文重点讨论了基于干涉方法的非球面精密检测技术,举例说明了非零位与零位两条技术路线下各检测方法的基本原理、光路结构与检测能力,对比分析了各方法的优缺点与适用范围,介绍了一些配套算法以及检测光路的精密调节方法。

摘要：设计具有大视场、高分辨率和微小畸变特点的工业检查用光学镜头.将检查物镜的设计与照明系统相结合,利用ZEMAX光学设计软件,对照明系统和成像系统整体进行像差校正和优化设计,利用照明的匹配、明视野和暗视野的变化来改变和提高物镜的实用分辨率.设计了具有上述特点的2.35倍光学镜头,对设计好的镜头进行公差分析、外部机械结构设计,并最终完成装校.搭建调制传递函数(MTF)测试系统,对装校后的镜头进行成像质量检验,测试结果显示,实测MTF值达到理论设计值的80%以上.

摘要：非球面的非零位法检测高效快速,并可实现较高精度的通用化检测。介绍了一种可用于非球面非零位检测中降低检测光波前斜率的部分零位透镜。该透镜具有较大的球差,可以显著补偿被测非球面的纵向法线像差,使得返回的检测光波前能够被探测器分辨。论述了部分零位透镜的设计过程,特别是约束控制条件以及初始结构的选取原则,并就相对口径为f/2和f/1.5的两个抛物面给出了设计实例。设计结果表明:该部分零位透镜可以对一定口径和相对口径范围内的非球面实现部分零位补偿。利用一系列部分零位镜将可以对较大范围内的非球面进行补偿,从而实现常见非球面的通用化检测。该研究对非球面的通用化检测具有重要意义。

摘要：提出了用作近红外高光谱分辨率激光雷达(HSRL)光谱滤波器的视场展宽迈克尔孙干涉仪(FWMI)的设计方法。详细给出了FWMI的设计理论和设计指标的确定过程,通过视场补偿及热补偿设计,使FWMI能在一定温度范围内保证较大的入射视场。给出了针对近红外FWMI的设计结果。性能评估表明,所设计的FWMI可接收的视场角大于2°,并在(20±0.5)℃的温度范围内具有几乎不变的工作性能。最后通过容差分析,保证了该设计结果能满足现有的加工工艺。该设计过程和方法对FWMI的设计加工具有一定的指导意义。

摘要：为了实现非球面通用化、高精度检测,提出非球面部分补偿法,并进行误差分析与处理.在光学设计软件ZEMAX中对部分补偿检测系统进行系统建模并优化,分析器件姿态误差及装调精度对重构非球面面形的影响.通过对系统误差的分析,提出基于系统建模的光线追迹与误差存储相结合的系统误差处理方法,将系统误差归为由系统建模得到检测光路的误差和由误差存储得到不含检测光路的干涉仪系统的误差.通过计算机仿真及实验证明,部分补偿检测系统采用该误差处理方法去除系统误差后,可以由逆向迭代优化重构(ROR)技术重构出更精确的非球面面形.将该非球面面形与采用无像差点法得到的面形对比,结果较吻合,均方根(RMS)精度接近0.02λ(λ为波长).

摘要：提出了利用一种特殊设计的LED多光束环状分布照明光源,与显微镜组成超光滑表面元件缺陷检测的光学显微散射成像系统,获取适合于数字图像二值化处理的暗背景上的亮瑕疵图像。利用X、Y两方向的精密移导系统对表面实施子孔径图像的扫描。在原有的子孔径图像拼接"边缘拓展法"算法的基础上,提出一种基于特征分类的多层次图像拼接算法。该算法分为特征分类和多层次拼接两个部分:通过重叠区域内特征的提取和分类,将所有子孔径图像的重叠区域分为四类;然后针对这四类重叠区域的不同特点,有次序地进行图像拼接,最终得到全景图像。并应用二元光学制作了标准比对板,以获得瑕疵正确的数字化评价依据。实验结果证明:该系统和算法特别适合在被测表面范围较大、具有微米量级分辨率的瑕疵的数字化定量检测和评价。

摘要：针对无人机(UAV)着陆时机身相对于着陆点的精确位姿参数的需求,设计了一套基于日盲区紫外成像的无人机自主着陆引导系统。利用日盲区紫外成像技术对典型特征的紫外信标点进行成像,基于摄像机透视投影变换以及直接线性变换求得位姿参数初值,并对初值进行非线性优化得到精确解,由此实现无人机自主着陆引导工作。利用日盲区紫外在近地面唯一性的特性,能消除自然背景光的影响,在低能见度条件下的优势尤其明显。经实验验证,系统距离定位相对精度能够达到0.5%,角度定位绝对精度优于1°,能够满足无人机着陆引导的精度要求。

摘要：为了解决长条形镜面面形拟合中各项不正交,无法在调整中利用像差指导计算机辅助装调的问题,本文建立了一套合理的拟合模型。该模型以矩阵求解正交化Zernike多项式系数为基础,将离散的数据点作为定义域,对已选取的Zernike项进行定义域内正交化计算,并以获得的各正交项为基底,实现对长条形镜面及其他异形光学镜面的正交化多项式拟合求解。进而确定在干涉检测中加工误差与装调误差的分离,为光学镜面的最终面形收敛提供保障。根据本文实验结果,对一口径600 mm×260 mm,PV与RMS值分别为5. 889λ及1. 002λ的长条形光学镜面进行拟合,利用Metropro去像散后,面形未得到收敛,PV与RMS值分别变为7. 448λ及1. 725λ。而采用本文算法处理后,其PV与RMS值分别收敛为4. 666λ及0. 679λ,验证了本文方法对于长条形镜面拟合的正确性。

摘要：在轻敲模式AFM中,利用DMT模型与光探针点衍射理论结合来检测微探针的振动,并对振动信号进行频率域分析,通过检测和控制信号中高次谐波分量使针尖-样品间撞击力保持恒定.测试实验表明,该系统具有结构简单、可测不同材料的样品和对软质材料样品损伤小的优点,其测量重复性可达1%,分辩力可达1～5nm.

摘要：提出了一种可用于四波横向剪切干涉波前检测的随机编码混合光栅。由期望得到的四波前衍射频谱出发,根据夫琅禾费衍射原理并结合光通量约束的随机编码方法得到了由振幅编码光栅和棋盘式相位光栅构成的随机编码混合光栅,与改进的哈特曼模板(MHM)相比,其衍射场中只有四个级次,更好地实现了四波横向剪切干涉。分析确定了入射光束口径、光栅栅距以及观察距离等系统参数。分别给出了随机编码混合光栅和MHM的远场衍射光场分布及四波横向剪切干涉图,对比发现随机编码混合光栅的远场衍射光场中只有四个等光强的光斑存在,其四波横向剪切干涉图稳定,可以实现任意畸变的波前检测。