北京理工大学精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室, 北京 100081
基于平面偏振干涉测量原理,提出了一种用于平板玻璃中部应力检测的偏振移相干涉测量法。通过旋转检偏器实现了偏振移相,采用建立的数学模型得到了应力双折射数值及其分布曲线,由玻璃的应力光学系数得到了中部应力值。对浮法平板玻璃样品的中部应力进行了实验研究,结果表明,所提方法的测量误差可控制在3%以内,测量重复性优于1 nm/cm,验证了所提方法的可行性。
物理光学 偏振光学 平板玻璃 中部应力 双折射
Author Affiliations
Abstract
School of Optoelectronics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
A method based on slope stitching for measurement of a large off-axis parabolic trough collector is proposed and applied to the surface shape reconstructed from the gradient data acquired by using the reverse Hartmann test. The entire reflector is divided into three sections with overlapping zones along the concentration direction. A mathematical model for the slope stitching algorithm is developed. An improved reconstruction method combining Zernike slope polynomials iterative fitting with the Southwell integration algorithm is utilized to recover the real three-dimensional (3D) shape of the collector. The efficiency and validity of the improved reconstruction method and the stitching algorithm are experimentally verified.
120.0120 Instrumentation, measurement, and metrology 120.6650 Surface measurements, figure 120.3940 Metrology Chinese Optics Letters
2017, 15(11): 111203
北京理工大学 光电学院 现代光电仪器实验室, 北京 100081
基于双目视差原理, 提出了一种新型的周视悬浮裸眼立体显示系统。采用菲涅尔透镜和单向散射屏实现了观察范围的纵向拓展, 形成的三维图像可周视观看, 有悬浮感且可触摸。对系统中采用的定向屏、旋转光阑、条状出瞳, 以及投影机的投影距离进行了分析和设计。经过实验验证, 立体图像合像舒适, 显示效果明显。
立体显示 360°周视 悬浮 可触摸 stereoscopic display panorama suspending tangible
北京理工大学 光电学院现代光电仪器实验室, 北京 100081
为了显示可以裸眼周视观看和具有悬浮特性且可触摸的立体图像, 通过分析多种立体显示技术原理、应用范围及其优缺点, 提出了一种新型的立体显示技术。电机带动定向屏旋转, 将多投影机出瞳成像并形成空间的观察域, 当观察者双眼位于观察域内时, 无需佩戴眼镜即可观察到具有运动视差的立体图像, 且此图像具有悬浮可触摸的效果。对系统中的关键技术进行了阐述, 通过实验得到了观察距离为580mm、悬浮中心高度为150mm的立体图像。
立体显示 周视 可触摸 悬浮 stereoscopic display panorama tangible suspending
随着哈特曼传感器测量口径的增大，采样点数对被测波前的空间分辨率、测量精度及动态范围的影响也随之增大,因此通过计算机仿真波前径向斜率拟合过程，分析出采样点数和斜率探测误差对测量精度和测量范围的影响。计算机仿真的波前斜率拟合所用泽尼克多项式达到121项，测量口径2m，测量精度要求λ/50，径向(半径)和切向最少采样点数分别为10点和21点。当径向和切向采样点数分别为40点和250点，斜率测量误差为0.045″时，所测波前的P-V值范围是0-4λ。
哈特曼波前传感器 波前径向斜率 泽尼克多项式 计算机仿真 Hartmann wavefront sensor wavefront radial slope Zernike polynomial computer simulation
针对移相干涉术易受振动、气流等扰动影响的问题，提出一种时频域双重分析法的抗干扰移相干涉测量方法。采集一系列连续移相的干涉图，通过对干涉图上各点时序光强进行频谱的宽带滤波提取到干涉图采集过程中真实的相位变化，对时序的相位变化信息进行线性统计得到各点初始相位的计算值。在干涉图帧数足够多的情况下，线性统计后随机噪声的影响趋于零，环境振动等非随机性扰动的影响被归结为一个与像素坐标无关的值从而不影响波面形状，因此不影响面形测量精度。通过仿真实验验证了该方法的可行性。将该方法应用在普通实验室条件下的机械式移相干涉测量系统中进行实际的测量，结果与同一个被测件在FISBA干涉仪中的测量结果很好地吻合，验证了该方法的抗干扰能力。
测量 移相干涉术 抗扰动 时频域双重分析方法 光学学报
2011, 31(11): 1112005
基于数字叠栅移相干涉原理，分析了CCD像元尺寸、随机噪声和量化误差对采样后干涉条纹和合成叠栅条纹对比度的影响，并就干涉条纹频率对叠栅移相干涉相位测量精度的影响进行了理论分析和仿真研究。结果表明，随着干涉条纹空间频率的增大，CCD的采样过程、随机噪声和量化噪声会影响叠栅条纹信号的对比度和信噪比，并通过相位解算过程直接影响数字叠栅移相干涉的相位测量精度。以相位测量精度为π/50(折合光程差精度为λ/100）作为判断标准，对应可探测干涉条纹的最大空间频率为0.45 λ/pixel，为后续数字叠栅移相干涉测量范围的研究提供了定量理论依据。
光学测量 数字叠栅移相干涉 空间频率 相位测量精度 信噪比 中国激光
2011, 38(10): 1008008
用部分补偿法检测非球面时，部分补偿透镜的优化设计是关键技术之一。针对这一难点，提出了一种以剩余波前斜率作为优化目标的基于Zemax的部分补偿透镜设计方法，分析了剩余波前斜率与干涉条纹密度以及弥散圆之间的关系，得到了弥散圆可以定量表征剩余波前斜率的结论，并将弥散圆半径作为优化函数。针对3种不同参数的非球面进行了部分补偿透镜的优化设计，设计结果表明，该方法可在保证干涉条纹可探测的前提下，简单、快速、全面直观地实现部分补偿透镜的优化设计，减小剩余波前斜率，降低干涉条纹密度，从而扩大干涉仪可测非球面面形误差的测量范围，提高可测的空间频率。
光学设计 部分补偿透镜 剩余波前斜率 弥散圆
为了准确表征非球面偏离球面的程度, 并适用非球面检测技术, 提出了采用斜率非球面来定义非球面最接近比较球面。分析了最小最大斜率非球面度相关与计算全息板的加工难度及非球面检测难度, 并有利于减小激光束偏转法的测量误差。根据定义推导了最接近比较球面计算模型, 分析了不同比较球面下的斜率非球面度分布、不同非球面的最接近比较球面位置、非球面参数对计算结果的影响及各种非球面度定义下的最接近比较球面。结果表明, 不同非球面的最接近比较球面球心为非球面0.85～0.87口径法线与光轴的交点, 从而优化了计算过程。定义求得的最接近比较球面不同于现有各种方法, 是适应非球面检测需求的。
光学测量 最接近比较球面 最小最大斜率非球面度 非球面
许多场合需要精确观看与真实景物相似的立体影像,立体拍摄和再现系统应无畸变。提出的再现立体影像垂轴放大率概念,其具有与拍摄相机的垂轴放大率互补的特性。由此根据再现立体像的垂轴放大率与轴向放大率应相等这一消畸变的基本要求推导了立体拍摄和再现系统的消畸变条件。提出了消畸变系统的设计方法和设计流程,计算并通过验算证明了设计方法的正确性。该方法设计流程简单合理,设计的立体拍摄和再现系统,在正面观看时可在很大的纵深范围内得到消畸变立体影像。
信息光学 立体显示 立体影像拍摄 自由立体显示 消畸变
