光学三维测量中的三通道相位测量轮廓术具有高精度、易识别、自动化程度高等优点,在科学研究和工程应用中获得了广泛的关注。在三通道相位测量轮廓术中,投影仪不同通道间的色差成为影响测量精度的关键因素。针对该问题,文中开展了基于相位标靶的相位测量轮廓术投影色差建模与校正研究。提出了将带有全息投影膜的液晶显示屏(Liquid Crystal Display, LCD)当作相位标靶对投影色差建模与校正的方法。通过LCD显示条纹与投影仪投射条纹的相位,计算投影仪色差并建立其数学模型。然后通过预补偿的方法实现投影仪三通道投射色差的校正,进行实验验证校正前后对相位测量轮廓术精度的影响。实验结果表明,文中所提方法的校正效果为蓝绿通道的平均色差由0.3255 pixel校正为0.1063 pixel,红绿通道的平均色差由0.3651 pixel校正为0.1114 pixel。该方法可为三通道相位测量轮廓术提升投影质量。实测台阶的平均误差从0.489 mm减少到0.038 mm。实验结果验证了投影仪色差建模与校正方法的有效性,提升了三通道相位测量轮廓术的整体测量精度。与已有方法相比,可以有效避免相机误差带来的影响,大大缩短计算时间,能够适用于不同型号的投影仪色差测量与校正。
相位轮廓测量术 相位标靶 投影仪色差建模 色差校正 phase profilometry phase target projector chromatic aberration modeling chromatic aberration correction 红外与激光工程
2023, 52(8): 20230385
光学 精密工程
2023, 31(16): 2333
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
2 中国科学院大学,北京 100049
紫外探测技术已广泛应用于人类生产生活的各个方面,宽谱段紫外成像仪系统的研究具有重要意义。本文通过推导色差理论公式,提出了单一透镜材料的宽谱段紫外成像仪光学系统色差校正方案。结合高灵敏度大动态紫外成像探测器的性能指标要求,设计了仅一种透镜材料且所有透镜均为球面的210~400 nm宽谱段紫外成像仪光学系统,并运用光学设计软件CODE V进行系统优化及像质评价。结果表明:在奈奎斯特频率40 lp/mm下,全视场全波段系统的调制传递函数优于0.6,系统点列图RMS<7.8 μm,具有良好的成像质量。该系统不含非球面等光学元件,不仅易于加工装调,而且降低了研制成本,该方法将为宽谱段紫外成像光谱仪的设计奠定技术基础。
紫外成像仪 宽谱段 光学设计 色差校正 ultraviolet imager wide spectrum optical design chromatic correction
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 辽沈工业集团有限公司, 辽宁 沈阳 110045
针对传统光学元件在红外波段色差校正方面存在系统结构复杂、光能损失严重、质量大等问题,以红外波段4.8 μm和10.6 μm存在的色差为例,将槽栅型表面微结构用于红外波段的色差校正;根据广义斯涅尔定律及时域有限差分(FDTD)理论计算微结构表面的相位分布,采用FDTD Solution软件仿真双方柱槽栅型微结构;设计两个槽栅型微结构宽度L1=400 nm、L2=950 nm,槽栅高度K=500 nm;采用离心式涂胶法、电子束光刻、离子刻蚀等一系列工艺技术,制备双方柱槽栅型微结构样品,分析胶膜厚度、曝光图像质量、刻蚀槽型的影响因素。结果表明:改变L1和L2的大小可实现在4.8 μm和10.6 μm这两种波长下分别达到0~1.5π和0~2π范围的相位调制;L1=408 nm,L2=944 nm,K=495.32 nm,表面粗糙度为16.32 nm,相关参数在误差允许范围之内;4.8 μm和10.6 μm这两个红外波段的峰值透过率分别为71%和64%;利用平行光位置色差测试原理测得两个红外波位置色差减小到30%,从而验证了槽栅型微结构器件对红外色差的校正作用。
表面光学 色差校正 槽栅型微结构 红外波段
中国电子科技集团公司光电研究院, 天津 300308
对于探测光谱特征, 需要设计多光谱波段的光学镜头。根据设计需求, 设计了一个基于声光可调滤波器选通晶体的多光谱镜头, 该镜头采用变焦设计, 以适应不同场景分辨率的使用要求, 同时在设计的过程中, 采用分段设计, 对系统的出瞳和入瞳进行了优化匹配, 并校正了色差, 以及绘制出变焦曲线, 为后期系统变焦制动方案提供了依据。
变焦 多光谱 声光可调滤波器 色差校正 zooming multispectral acousto-optic tunable filter (AOTF) corrected chromatic aberration
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 精密光机电一体化技术教育部重点实验室, 北京100191
设计声光可调谐滤波器(AOTF)成像光谱仪时, ZEMAX等软件缺乏AOTF光学表面, 导致光学设计困难, 本文根据波矢量匹配原理, 在ZEMAX中建立了基于声光衍射效应的AOTF自定义表面模型, 实验表明该模型能够实现AOTF的衍射光精确追迹。 在此基础上, 针对传统方法校正AOTF横向色差时残差较大的问题, 提出了基于胶合棱镜的高精度横向色差校正方法, 结合AOTF自定义表面, 完成了胶合棱镜的玻璃组合和顶角的自动优化。 结果表明, 文章提出的自定义表面和胶合棱镜色差校正相结合的方法大大方便了AOTF成像光谱仪的设计, 能够将横向色差控制到0.000 3°, 比以往方法提高了一个量级, 有效抑制了光谱图像的漂移。
AOTF成像光谱仪 自定义表面 色差校正 胶合棱镜 AOTF imaging spectrometer User defined surface Chromatic aberrations correction Doublet prism 光谱学与光谱分析
2013, 33(10): 2869
中国科学院 自动化研究所 复杂系统管理与控制国家重点实验室,北京 100190
提出了采用两个折射-衍射元件对人眼系统在14°范围内进行色差校正的光学系统设计方法。基于系统光学性能的评价与单片折射-衍射元件色差校正系统的对比验证了本文提出的色差校正系统的性能。结果表明:两种色差校正系统都可以很好地校正人眼的轴向色差。但是,单片折射-衍射色差校正系统引入了横向色差,其由校正前的1451 μm增加到814 μm,严重影响了边缘视场处的成像质量。而采用双片折射-衍射元件的色差校正系统可同时对轴向色差和横向色差进行校正,使横向色差降为164 μm。设计的色差校正系统可有效提高视网膜的成像质量,并可用于视觉仪器。
色差校正系统 波前色差 广角眼模型 折/衍射混合元件 chromatic aberration corrector wavefront chromatic aberration wide-angle schematic eye model diffractive-refractive hybrid element
中国科学院西安精密光学机械研究所,西安 710119
分析计算了一些普通光学玻璃及晶体光学材料在0.9~2.5 μm短波红外段的色散特性.在远距型的物镜结构后组中采用的厚弯月镜能产生一定量的反向色差补偿前组中的二级光谱,所设计的物镜在焦距800 mm时的带孔径处最大色差0.13 mm.结果表明,采用氟化物玻璃与重火石玻璃的三片式组合在短波红外段具有较好的消色差能力.
短波红外 透镜设计 色差校正 复消色差 望远物镜 SWIR Lens Design Chromatic aberration correct Apochromatize Telephoto objective