长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130022
我国鼻内窥镜受加工, 装调等因素的影响, 内窥镜在实际使用时的分辨率及像差情况要明显差于设计水平, 论文经过公差分析, 得出偏心公差对结果影响巨大, 基于以上问题, 文章在设计的一款视场角为80°, 入瞳直径为0.2mm的鼻窦物镜基础上, 模拟装调误差, 提出在不改变装调后鼻窦物镜机械结构的前提下, 在物镜保护玻璃前方加入掩膜相位板补偿装调误差导致的成像质量下降; 从设计结果可知, 添加掩膜相位板后系统传函图从在空间频率30lp/mm等于0提升到170lp/mm大于0.2; 用N3鉴别率板检测系统分辨率, 物方可分辨18组左右, 物方分辨率为15μm。由此可知在补偿掩膜相位板的设计中, 在不改变原设计基础上, 可明显提高像质。
鼻窦物镜 偏心误差 掩膜相位板 像质分析 nose sinus objective lens eccentricity error phase plate image quality analysis
1 上海理工大学健康科学与工程学院生物医学光学与视光学研究所，上海 200093
2 上海理工大学机械工程学院，上海 200093
3 上海理工大学上海市介入医疗器械工程研究中心，上海 200093
4 上海理工大学教育部光学仪器与系统工程研究中心，上海 200093
5 上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
在渐进多焦点镜片（PAL）的直接设计法中，光焦度轮廓分布对镜片的光学性能至关重要。在子午线上同一曲率变化的基础上，引入不同圆锥曲线方程来描述镜片光焦度轮廓分布。利用椭圆、双曲线、抛物线和圆的定义设定镜片内表面子午线上每个点曲线的离心率以及开口大小。根据圆锥曲线分布情况加入偏移量，实现远近视区视配点可视区宽度调整。设计、仿真和加工了4块镜片。结果表明，基于双曲线方程计算得到的渐进多焦点镜片的周边最大像散大于1倍加光度（ADD），而基于椭圆方程、圆方程和抛物线方程计算得到的渐进多焦点镜片周边最大像散小于1倍ADD，光学性能更好。当定焦区较大时，基于椭圆方程设计得到的镜片定焦点可视区宽度最接近理论值；当定焦区较小时，基于圆方程设计得到的镜片定焦点可视区宽度最接近理论值。所提方法可为渐进多焦点镜片的优化设计提供新的方案。
光学设计 直接设计法 渐进多焦点镜片 光焦度分布 离心率 像散
1 南京航空航天大学 航天学院，江苏 南京 211106
2 北京空间机电研究所 先进光学遥感技术北京市重点实验室，北京 100094
大口径凹椭球面反射镜光轴偏心会引起遥感相机光学系统失调，导致成像焦面与设计位置偏离。针对此问题，根据反射镜的几何参数设计了基于平晶补偿的消球差系统，通过灵敏度分析计算得到系统中平晶失调1″对系统像差无影响，主镜失调1″带来0.04λ (λ=632.8 nm)的彗差。结合仿真计算的结果，搭建测试光路，并利用经纬仪和激光跟踪仪对反射镜进行偏心测量。误差分析表明：主镜倾斜测量误差约为1.2″，主镜偏心测量误差为0.028 mm，可以满足绝大部分空间遥感相机大口径反射镜的测量需求。
波前测试 光轴 椭球面 偏心测量 wavefront test optical axis ellipsoid eccentricity measurement 红外与激光工程
2021, 50(12): 20210196
1 哈尔滨工业大学 电气工程及其自动化学院，黑龙江 哈尔滨 150001
2 中国船舶工业系统工程研究院，北京 100094
3 哈尔滨工业大学 航天学院，黑龙江 哈尔滨 150001
针对立体视觉系统采用圆形特征点标定时存在的空间圆形投影边缘模糊和偏心现象问题，利用改进Zernike矩和偏心误差修正进行圆心的高精度定位，以此提高相机参数的标定精度。首先考虑了由于立体视觉成像系统的标定场景光照强度不均匀引起的圆形特征投影图像边缘模糊的问题，引入高斯误差函数对边缘过渡段的灰度分布进行描述，建立了高斯边缘模型，并基于该模型计算投影图像的Zernike矩，然后利用改进Zernike矩实现高精度的圆形特征投影边缘像素坐标定位。此外，分析了影响圆形特征中心投影点和拟合圆心间偏差大小的因素，基于该分析对迭代拟合圆心进行偏差补偿使之逼近真实的圆心投影，最后通过所提算法对99圆形标志点进行圆心坐标提取并用于相机参数的标定。仿真实验表明，文中算法对投影图像边缘定位的精度以及圆心拟合的精度均高于传统的算法；实测实验中，基于圆心高精度坐标得到的相机标定参数对标准杆进行三维重建，长度测量精度比传统算法提高了30%。
立体视觉 改进Zernike矩 偏心误差修正 相机标定 stereo vision improved Zernike moment eccentricity error correction camera calibration 红外与激光工程
2021, 50(12): 20210130
设计了一种用于LD耦合透镜焦斑位置检测的显微图像视觉成像系统, 该系统由远心镜头、环形LED光源、工业用数码相机和前进运动控制器组成。分别对模组外圆直径与中心检测和对LD耦合透镜出射LD激光焦斑中心和位置检测, 得到耦合透镜的焦距及LD偏心度, 为后续与光纤的耦合提供精确定位。实验数据表明, 该系统偏心测量标准差小于 5 μm, 焦距测量标准差小于±0.1 mm, 能准确获得聚焦光斑和底座圆心的相对位置关系, 实验结果精确、测量效率高。
视觉测量 耦合透镜 偏心测量 焦距测量 搜索算法 vision measurement coupling lens eccentricity measurement focal length measurement search algorithm
1 北京北方华创真空技术有限公司，北京 100015
2 北京工业大学材料与制造学部，北京 100124
随着光伏行业的快速发展, 对硅单晶的品质和长晶装备的稳定性的要求也不断提高。直拉法是生产硅单晶的主要方法，通过提高单晶炉副室的高度以扩大单晶硅的生产规模。由于副室高度的大幅增加，且单晶炉提拉头质心相对于旋转轴心有一定距离，对单晶炉整体稳定性有较大影响，从而降低了单晶硅的生产质量。针对此问题，对单晶炉建立可靠的力学分析模型，采用数值仿真方法，对单晶炉整体进行动力学响应分析，计算得到副室高度增加后的单晶炉工作时中钨丝绳下端晶棒的运动规律以及最大摆动幅度，为改进设计提供依据。数值仿真分析表明提高单晶炉副室高度后，提拉头较大的质心偏心是单晶炉提拉系统发生摆动的主要原因。在此基础上提出在提拉头上添加质心调节装置，通过控制系统调节可保证提拉头质心位置在旋转轴线上以降低提拉系统的摆动。
改进型单晶炉 硅单晶 提拉头质心 偏心 数值模拟 动力学响应 improved single crystal furnace silicon single crystal lifting head centroid eccentricity numerical simulation dynamic response
1 西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710032
2 内蒙古金属材料研究所，浙江 宁波 315103
针对旋转平移法在检测过程中存在偏心误差的问题，提出一种基于三维面形的图像配准偏心误差修正方法。首先采用旋转平移绝对检测法获得旋转0°和旋转180°两个状态下被测镜的面形；然后利用三维面形数据构建相似度函数，实现被测镜面形在0°和180°状态下的配准，从而获得偏心误差。数值仿真计算结果表明，偏心误差修正前，残余面形的峰谷值为7.783 nm，均方根值为0.578 nm；偏心误差修正后，残余面形的峰谷值为0.034 nm，均方根值为0.004 nm。结果表明该修正方法可行，可以有效提高旋转平移法的检测精度，为高精度光学元件面形的绝对检测提供重要参考。
测量 绝对检测 旋转平移 偏心误差 图像配准 激光与光电子学进展
2021, 58(19): 1912001
1 长光卫星技术有限公司, 吉林 长春 130000
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
图像式角位移测量装置中, 光栅的安装偏心标定结果直接影响着角位移测量的精度。为此, 本文设计了一种用于调试图像式角位移测量装置光栅偏心度的系统。首先, 根据图像式角位移测量机理, 提出了基于线阵图像传感器的标定光栅偏心度监测原理; 然后, 在图像传感器上建立了偏心调试监测信号的模型, 并提出存在偏心时偏心监测信号的变化机理; 最后, 对某型号角位移测量装置进行了实验, 并给出了调试建议。实验表明, 经过调节误差均方差由1 017″降低到12.8″。本文设计的偏心监测系统能够实现对标定光栅的高精度安装调试, 提高了图像式角位移测量装置的批量生产效率。
角位移测量 标定光栅调试 偏心误差 监测系统 angular displacement measurement grating debugging eccentricity error monitoring system
