1 哈尔滨工业大学 电气工程及自动化学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 沈阳理工大学自动化与电气工程学院，辽宁沈阳110159
针对现有多模光纤数字扫描成像方法, 形成扫描聚焦光斑计算量大、速度慢的问题, 提出了一种基于自适应并行坐标(Adaptive Parallel Coordinate, APC)算法的单根多模光纤数字扫描成像方法, 通过控制多模光纤输入端的光场, 在单根多模光纤出射端实现光斑的聚焦和扫描。建立了单根多模光纤数字扫描成像数学模型; 采用自适应并行坐标算法对空间光调制器(Spatial Light Modulator, SLM)加载相位进行优化, 有效缩短了扫描聚焦光斑的形成时间, 提高了成像速度。实际生成30×30个聚焦光斑, 对50 μm×50 μm范围的分辨率板进行扫描成像。实验证明, 该方法实现了单根多模光纤对距离光纤端面60 μm处平面内的目标成像, 分辨率达到2.46 μm。
自适应并行坐标算法 多模光纤 数字扫描成像 空间光调制器 adaptive parallel coordinate algorithm multi-mode fiber digital scanning imaging spatial light modulator 红外与激光工程
2017, 46(4): 422002
Author Affiliations
Abstract
Instrument Science and Technology, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China
In this study, an improved phase-shifting diffraction interferometer for measuring the surface topography of a microsphere is developed. A common diode-pumped solid state laser is used as the light source to facilitate apparatus realization, and a new polarized optical arrangement is designed to filter the bias light for phase-shifting control. A pinhole diffraction self-calibration method is proposed to eliminate systematic errors introduced by optical elements. The system has an adjustable signal contrast and is suitable for testing the surface with low reflectivity. Finally, a spherical ruby probe of a coordinate measuring machine is used as an example tested by the new phase-shifting diffraction interferometer system and the WYKO scanning white light interferometer for experimental comparison. The measured region presents consistent overall topography features, and the resulting peak-to-valley value of 84.43 nm and RMS value of 18.41 nm are achieved. The average roughness coincides with the manufacturer’s specification value.
120.5050 Phase measurement 120.3180 Interferometry 120.6650 Surface measurements, figure 220.4830 Systems design 260.5430 Polarization Chinese Optics Letters
2016, 14(7): 071202
哈尔滨工业大学仪器科学与技术, 黑龙江 哈尔滨 150001
聚焦光斑光强与光纤出射端总光强的比值(光斑聚焦效率)直接影响基于液晶空间光调制器(SLM)的单光纤数字扫描采样的信噪比。采用顺序坐标上升优化算法控制多模光纤输入端光场分布，实现多模光纤出射端光斑聚焦，通过理论和实验证明了归一化目标函数值与光斑聚焦效率的和近似为常数。为了提高光斑聚焦效率，必须尽可能降低归一化目标函数值。分析了多模光纤出射端总光强对归一化目标函数收敛性的影响，通过仿真和实验证明随着多模光纤出射端总光强的增大，归一化目标函数收敛速度变慢，光斑聚焦效率变差。
光纤光学 多模光纤 液晶空间光调制器 单光纤数字扫描 目标函数 顺序坐标上升算法
哈尔滨工业大学 自动化测试与控制系,黑龙江 哈尔滨 150001
为了提高惯性约束聚变实验中高功率激光驱动装置束靶耦合的精度,介绍了几种束靶耦合监测方法,包括靶室外直接监测,靶室内直接监测,靶室内基于共轭原理的传感器监测等。分析了各种方法的优缺点,并重点对基于光学共轭原理的传感器的耦合精度进行了研究,分析了图像测量误差,CCD保护玻璃引入的误差,调焦导轨运动时引入的误差及传感器标定装校时引入的误差。实验测试及精度分析表明,共轭式传感器引入的束靶耦合误差为±10 μm。采用这种基于光学共轭原理的传感器,可以实现大型激光驱动装置的快速、高精度束靶耦合。
惯性约束聚变 束靶耦合 误差分析 传感器 Inertia Confinement Fusion(ICF) laser and target alignment error analysis sensor
哈尔滨工业大学自动化测试及控制系,黑龙江,哈尔滨,150001
提出了一种新的惯性约束聚变(ICF)靶场坐标系建立及传递的方法并设计了一种高精度光学标准靶.研制了三台光学视觉监测仪,介绍了监测仪的工作原理及光学系统设计.最后,介绍了标定方法,进行了实验并对试验结果做了分析.分析表明,靶场坐标系监测系统的综合精度为±3.28μm.结果指出,该坐标系建立及传递的方法简单可行,监测系统精度较高,可以满足靶场系统对试验靶的引导要求.
惯性约束聚变 靶场坐标系 坐标变换 视觉测量 自准直
哈尔滨工业大学,自动测试与控制系,黑龙江,哈尔滨,150001
对采用激光照明的测量系统中散斑形成的三个重要因素,即入射光束的相干性、相位差和偏振特性进行了详细的理论分析,并给出了这些因素与散斑对比度的变化关系.计算表明,相干长度降到低于1 mm时,散斑对比度减小到0.5左右,得到的图像细节相对比较清楚,易于检测.基于计算分析,提出了相应的解决及优化方法,为抑制散斑、提高激光照明质量和测量准确性提供了理论依据.
精密测量 激光成像 散斑 相干 偏振 对比度
1 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100083
2 哈尔滨工业大学自动化测试与控制系,哈尔滨 150001
调焦评价函数对离焦图像的灵敏度直接影响着自动调焦的精度。许多对调焦函数性能研究中,都只是对各个不同函数的灵敏度相互比较,忽略了调焦评价函数的灵敏度不仅和函数本身有关,还和调焦选择区域大小以及图像的空间频率等参量有关的问题。从成像原理基本公式推导出调焦评价函数灵敏度的数学模型。然后根据公式得出在光学系统的焦点附近,调焦评价函数的灵敏度与图像的空间频率成高次正比关系,与调焦区域的面积成线性正比关系,与照明光源的波长和光学系统空间截止频率成二次反比关系。最后实验证明理论分析的正确性。从而为实践中的自动调焦系统设计提供理论指导,以便有目的地选择和控制调焦系统的各个参量进一步提高自动调焦精度。
光学计量 图像式测量 自动调焦 调焦评价函数 灵敏度
哈尔滨工业大学自动化测试与控制系， 黑龙江 哈尔滨 150001
针对所研制的光栅楔形平板干涉动态角度測量系统，提出了一种确定动态测量零点的新方法。利用干渉法找到360°自然角度基准中光程差达到最大和最小的特殊点,作为动态测量时的固定零点。采用这种标定方法不需要另外增加光路,结构简单，操作方便。实验表明，定位精度优于0.5"。
精密工程测量 光栅楔形平板 激光干渉 角度测量 零点
