1 中国工程物理研究院 总体工程研究所, 四川 绵阳 621999
2 西安交通大学 机械工程学院机械制造系统国家重点实验室, 陕西 西安 710049
在利用液晶空间光调制器液晶分子等效折射率的变化实现光波前的动态调控, 从而进行光学非球面的零位干涉测量时, 液晶空间光调制器独立单元中像素离散化的尺度、单元结构的填充比例以及电控数字位阶都直接影响到波前调控精度。本文基于菲涅耳衍射原理以及离散傅里叶变换算法,使用物理光场数值分析软件 VirtualLabTM分析了像素独立单元对液晶空间光调制器重建补偿波面精度的影响, 建立波面经空间光调制器调制传播至待测表面的仿真模型, 评估像素结构因素对波前重建的理论算法本底误差及构成像素结构的多因素耦合误差, 重点关注像素尺寸采样频率与波前最大空间频率的匹配问题, 提出根据重建波前理论模型反推选取符合高精度测量要求的空间光调制器, 可有效降低动态检测系统的成本需求。理论计算得到制约空间光调制器重建高精度波面(RMS=0.01 λ)的因素与液晶分子响应的自身非线性以及基底空间不一致密切相关。
光波前调控 液晶空间光调制器 像素结构 奈奎斯特定理 light wavefront control liquid crystal spatial light modulator VirtualLabTM VirtualLabTM pixel structure Nyquist′s theorem 光学 精密工程
2020, 28(10): 2151
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory for Manufacturing Systems Engineering, School of Mechanical Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China
2 Institute of Systems Engineering, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621000, China
The phase modulation characteristics of a reflective liquid crystal (LC) spatial light modulator (SLM) under oblique incidence are studied by using our proposed self-interference method. The experimental setup of the method is very simple and has good robustness to mechanical vibrations. By changing the gray value of the combined grayscale loaded on the LC-SLM, different sheared fringe patterns, generated by the interference between the constant phase-modulated beam and the +1-order diffracted beam of the blazed grating, can be obtained. The amount of phase modulation of the LC-SLM is obtained by subtracting the phase of the two side lobes in the frequency domain. By turning the turntable where the SLM is mounted, the phase modulation characteristics at different incident angles can be measured. The experimental results show that the phase modulation curves do not change significantly with the small angle. When the angle is large (i.e. larger than 10°), the phase modulation curves become different, especially for the high gray levels. With the increase of the incident angle, the phase modulation depth is reduced. The results indicate that the incident angle plays an important role in the performance of the phase modulation of an LC-SLM.
070.6120 Spatial light modulators 120.5060 Phase modulation 120.5050 Phase measurement Chinese Optics Letters
2018, 16(9): 090701
西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室, 陕西 西安 710049
为了改善滤波效果, 提出了一种新的阈值选择方法。基于相位频谱系数的理论分析, 综合考虑条纹自身振幅对频谱幅度的放缩影响, 利用频谱系数最大值得到条纹振幅, 进而计算得到适用于散斑干涉条纹图的窗口傅里叶变换滤波阈值。经过模拟散斑干涉条纹图和实验所得真实条纹图验证可知, 该阈值选择方法能有效滤除高频噪声, 滤波效果较好。
傅里叶光学 滤波 散斑干涉条纹 窗口傅里叶变换 阈值选择 激光与光电子学进展
2017, 54(12): 120702
西安交通大学机械工程学院机械制造系统国家重点实验室， 陕西 西安 710049
提出了一种测量平行液晶空间光调制器(SLM)相位调制特性的自干涉法。该方法实验简单，具有良好的稳健性。加载到SLM的灰度图由三部分组成，一部分是二元衍射光栅灰度图；另外两部分加载的灰度图均匀分布，下部分灰度值恒为0，上部分灰度值从0逐渐增加。随着上部分灰度的改变，经过相位调制的反射光束与光栅产生的+1级衍射光干涉生成一整幅错位条纹图，通过测量同一幅干涉条纹的周期和上下条纹之间的相对移动量来计算SLM的相位调制量大小，该方法消除了环境振动或空气湍流引起的条纹抖动对测量的影响，提高了测量精度。与其他方法相比，该方法获取SLM相位调制特性不需要复杂的光学装置，且具有优良的机械稳定性，反应快速更易实施。
测量 液晶空间光调制器 自干涉法 相位调制特性 图像后处理 激光与光电子学进展
2017, 54(6): 061204
西安交通大学机械工程学院机械制造系统国家重点实验室, 陕西 西安 710049
由于球体具有轮廓连续性好等优点，在摄像机标定,尤其是多相机标定方面获得了广泛的应用。利用球作为标定靶标可以弥补平面靶标在多相机标定中出现视角过大时畸变太大甚至于观测不到的不足，但是空间球经透视投影后成像一般并非标准圆，而是一个椭圆。椭圆几何中心与球心真实成像中心并不一致，从而影响了标定精度。造成球心成像误差的因素主要有两个，即球的相对大小及相对于相机的位置。通过分析空间球成像模型，仿真研究了各因素对球心成像误差影响的大小，寻找球心的透视投影像点与其成像椭圆几何中心之间的误差变化规律，并建立了两者之间的误差校正模型，最后通过实验验证了该校正模型的可行性和有效性。通过校正，球心投影像点定位精度可达到亚像素级。
测量 摄像机标定 球心畸变校正 透视成像误差 椭圆 光学学报
2012, 32(12): 1215001
