北京理工大学 光电学院 精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室, 北京 100081
针对激光聚变靶丸内表面轮廓高精度无损测量的迫切需求, 研制了一套激光聚变靶丸内表面轮廓测量系统。该系统通过最小二乘算法(LSC)计算出靶丸回转偏心量, 并利用偏心调整台对靶丸偏心进行自动快速调整; 然后, 系统软件控制气浮回转轴承驱动靶丸旋转, 利用激光差动共焦传感器(LDCS)轴向响应曲线过零点及光线追迹算法精确计算出靶丸内表面轮廓上每个采样点的几何位置; 最后, 对靶丸内轮廓测量数据进行LSC评定得到其圆度信息。实验证明, 靶丸回转偏心的自动调整时间可达22 s, 当采样点分别为1 024, 2 048及4 096时, 靶丸内轮廓测量时间分别可达10, 20及40 s, 且圆度测量标准差可达19 nm(1 024点)。该系统实现了靶丸回转偏心的自动快速调整及其内轮廓的高精度、无损、快速、自动测量。
共焦测量 聚变靶丸 内轮廓 自动偏心调整 confocal measurement Inertial Confinement Fusion(ICF) capsule inner profile automatic eccentric adjustment
基于共焦法测量透镜中心厚度的装置中, 需要光进入透镜内部发生折射和反射, 但这会影响测量精度。为了解决这一问题, 在共焦法原理的基础上, 采用双面光学共焦的测量方法, 设计了一套透镜中心厚度的测量装置, 并进行了理论分析、误差分析和试验验证。结果表明, 该装置测量范围能达到30mm, 测量精度为2μm。该装置实现了对透镜中心厚度的高速非接触测量, 完全能达到实际测量的需要。
测量与计量 非接触测量 双面光学共焦测量 透镜中心厚度 measurement and metrology non-contact measurement double optical confocal measurement thickness of lens center
1 华侨大学 机电及自动化学院, 福建 厦门 361021
2 上海理工大学 光学工程博士后流动站, 上海 200093
虽然采用并行共焦测量提升了共焦测量速度, 但系统中的传统光分束器件参数固化后难以适应不同的被测对象。本文利用数字微镜器件(Digital Micromirror Device, DMD)可产生柔性化结构光的特点, 将其作为光分束器件引入共焦测量装置以提升系统对被测对象的适应性。理论分析了DMD的空间调制方法, 搭建了DMD的共焦测量装置, 研究了DMD结构光参数对共焦测量轴向分辨率、横向分辨率以及图像对比度等指标的影响。实验表明, 在光学系统参数匹配的条件下, 结构光光点参数越小, 测量分辨率越高。同时, 利用DMD进行柔性化照明, 改善了因光点参数小造成的图像对比度下降的问题。得到的结果为研究基于DMD的跨尺度测量方法提供了研究基础。
共焦测量 分光器件 数字微镜器件 结构光 柔性化照明 confocal measurement optical divided device Digital Micromirror Device(DMD) structured light flexible illumination
1 华侨大学 机电及自动化学院, 福建 厦门 361021
2 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院, 安徽 合肥 230009
并行共焦测量技术的核心是将单点共焦测量变成多点同时扫描测量, 从而使共焦测量速度显著提高。本文介绍了共焦测量技术原理, 综述了用于并行共焦的并行光源技术, 分析了这些方法的优点和不足。结合作者近年来的研究成果, 重点阐述了基于微透镜阵列和数字微镜器件(DMD)产生并行光源的新方法。分析和研究了DMD的空间光调制机理, 最终建立了一种单光源双光路并行像散共焦测量系统。
共焦显微镜 并行光源 并行共焦测量 三维形貌术 微透镜阵列 数字微镜器件 confocal microscopy parallel light source parallel confocal measurement 3-D topography micro-lens array Digital Micro-lens Device(DMD)
1 华侨大学 机电及自动化学院, 福建 厦门 361021
2 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院, 合肥 安徽 230009
针对传统激光并行共焦测量过程中存在的泰伯效应, 提出将数字微镜器件(DMD)引入激光并行共焦测量系统来正确辨识正焦面的位置。采用了DMD作为光分束器件, 从理论上验证了它是一种投影式的阵列光源, 对激光分束后不会在光路方向上产生泰伯像; 同时, 考虑DMD不能对分束后的光线产生会聚作用, 并非高效的并行光源分束器件, 本文将DMD与微透镜阵列(MLA)结合构建了单光源双光路并行共焦测量系统。该系统利用DMD光路探测正焦面位置, 利用微透镜阵列光路进行精确的共焦测量。实验结果表明, 两种光路下的正焦面位置仅相差2 μm, 在一个泰伯间距范围之内, 可以较好地克服泰伯效应对激光并行共焦测量的影响, 进而保证较高精度的并行共焦测量。
数字微镜器件 微透镜阵列 泰伯效应 激光并行共焦测量系统 digital micromirror device Microlens array Talbot effect laser parallel confocal measurement system
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心， 四川 绵阳 621900
2 天津大学 精密仪器与光电子工程学院， 天津 300072
为满足微靶装配过程中靶球和靶腔相对位置的严格的要求，保障惯性约束聚变实验的成功，针对机器视觉的几何量测量精度很难达到5 μm以下的不足，设计了利用具有亚μm级精度的激光共焦测头对装配中的靶球进行采点扫描以获取其尺寸和位置的非接触测量方法，借助于在线监测系统运动轴的高精度定位，通过上下两个激光共焦测头的组合测量，并采用一种快速而准确的基于点阵插值细分和目标两级提取的测量算法，使在线监测系统的球体几何量测量精度达到了2 μm。
微靶装配 靶球 几何量 激光共焦测量 目标提取 microtarget assembly microsphere target geometric quantities laser confocal measurement target extraction
合肥工业大学仪器科学与光电工程学院, 安徽 合肥 230009
数字微镜器件（DMD）可以控制其中每个微镜的偏转状态，相对于其他光分束器件，它可以构建出点光源大小可变、间距可调的柔性阵列光源。在前期研究的基础上，理论上推导出该阵列光源可以用于并行共焦测量，改进了测量光路，并结合实际使用找到了合适的阵列光源参数，获知了并行共焦测量系统的纵向分辨率与点光源大小的关系，最终通过对实物的测量较完善地阐述了基于DMD的并行共焦测量系统。
测量 数字微镜器件 柔性 阵列光源 并行共焦测量系统
非共轴激光共焦显微技术是近年来激光共焦显微成像领域发展起来的一种新型成像方法。该成像方法将被测样品与照明光轴成一定角度放置,使得照明光轴与采集光轴形成一定的夹角,减小系统合成焦体体积、提高轴向分辨力。与传统的共焦显微技术相比,该方法可以有效兼顾激光共焦显微系统的轴向分辨力、工作距和视场大小。介绍了非共轴激光共焦显微技术的成像原理,详述了共焦theta显微技术和双轴共焦显微技术这两种典型的非共轴激光共焦显微技术的研究现状和发展趋势,简述了在双轴共焦显微技术领域的研究设想。
显微技术 共焦theta显微技术 双轴共焦显微技术 小型化 光瞳滤波 差动共焦测量
1 哈尔滨工业大学 自动化测试与控制系，黑龙江 哈尔滨 150001
2 北京理工大学 信息科学技术学院，北京 100081
提出一种新的具有高空间分辨力的整形环形光式差动共焦测量方法。该方法通过整形环形光式共焦测量法和锐化爱里斑主瓣，改善系统横向分辨力；通过差动共焦测量法改善系统的轴向分辨力，最终达到提高系统空间分辨能力的目的。理论分析和实验表明：整形环形光内孔归一化半径ε越大，横向分辨力改善越明显，量程扩展范围越宽；当入射光波长λ=632．8 nm，物镜数值孔径取NA=0．85，ε=0．5时，该系统的横向分辨力优于0．2μm，轴向分辨力优于2 nm。该方法为光触针测量系统空间分辨力的提高提供了1种新的方法，可广泛应用于超精密三维微细结构工件的超精密测量。
差动共焦测量 共焦显微镜 光触针测量 differential confocal measurement confocal microscope laser probe measurement
西安交通大学激光与红外应用研究所,西安,710049
提出了一种基于500×500的针孔阵列的多光束共焦三维测量系统,该系统具有测量视场大,测量速度快,系统结构简单等特点.
共焦测量 针孔阵列 三维轮廓 误差标定
