·强激光物理与技术·
基于相机阵列的光学组件缺陷在线检测方法
*
张文学
1,2,3
,王继红
1,2,3
,任 戈
1,2,3
(1.中国科学院光束控制重点实验室,成都610209;2.中国科学院光电技术研究所,成都610209;3.中国科学院大学,北京100049)
摘要:利用调焦方式可以实现焦距的连续变化从而对不同物距下的光学组件进行在线检测,但是调焦
过程操作复杂且对调焦位移精度要求较高,景深内光学元件缺陷无法区分,难以实现真正意义上的在线检测。
因此,本文提出了基于相机阵列的光学组件缺陷在线检测方法。首先建立了相机阵列的成像模型并给出了数
字重聚焦表达式以及空间分辨率的表达式。接着利用MATLAB模拟相机阵列成像过程和数字重聚焦过程。最
后进行实验验证,通过二维位移台带动相机对不同物距下的多个光学元件表面缺陷进行成像获得阵列相机图
像,通过数字重聚焦算法得到不同物距下的光学元件表面缺陷分布信息。实验结果表明,基于相机阵列的光学
组件缺陷在线检测技术能够同时对位于景深范围内的光学组件进行在线检测。该方法在光学元件缺陷在线检
测方面有着一定的应用价值。
关键词:在线检测;相机阵列;数字重聚焦;光学组件
中图分类号:TH74文献标志码:Adoi:10.11884/HPLPB202032.190444
Opticalelementsdefectonlinedetectionmethodbasedoncameraarray
ZhangWenxue
1,2,3
,WangJihong
1,2,3
,RenGe
1,2,3
(1.Key Laboratory of Optical Engineering, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China;
2.Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China;
3.University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)
Abstract:Thefocusingmethodcanbeusedtoachievecontinuouschangeofthefocallength,sothattheoptical
componentsatdifferentobjectdistancescanbedetectedonline.However,thefocusingprocessiscomplicatedand
requireshighaccuracyofthefocusingdisplacement.Defectsofopticalcomponentswithinthedepthoffieldcannotbe
distinguished,makingitdifficulttoachieverealonlinedetection.Therefore,thispaperproposesanonlinedetection
method for optical component defects based on camera arrays. First, the imaging model of the camera array is
established, and the expressions of digital refocusing and the expressions of spatial resolution are given. Then
MATLABisusedtosimulatethecameraarrayimagingprocessanddigitalrefocusingprocess.Finally,experimental
verification was conducted. The camera was driven by a two-dimensional stage to image the surface defects of
multipleopticalelementsatdifferentobjectdistances,andanarray camera image was obtained. The digital defect
refocusingalgorithmwasusedtoobtainthesurfacedefectdistributionofopticalelementsatdifferentobjectdistances
information.Theexperimentalresultsshowthattheonlinedetectiontechnologyofopticalcomponentdefectsbasedon
cameraarraycansimultaneouslydetecttheopticalcomponentslocatedinthedepthoffieldrange.Thismethodhas
certainapplicationvalueintheonlinedetectionofopticalcomponentdefects.
Keywords:onlinedetection;cameraarray;digitalrefocusing;opticalcomponents
光学元件表面质量的好坏对光学系统的性能有着重要的影响,如果光学元件表面出现缺陷,整个光学系统的
光学质量将会下降,产生杂散光,严重影响成像质量
[1-2]
。光学仪器要想保持正常运行的工作状态,不仅需要在元
件加工阶段严格控制光学元件的表面质量,在光学元件装配成光学系统之后进行在线检测也是必不可少的工作。
光学元件表面缺陷主要是指元件表面存在的麻点、划痕、破边等
[3-5]
,产生的原因是在加工过程中引入的加工缺陷
*收稿日期:2019-12-02; 修订日期:2020-02-23
基金项目:脉冲功率激光技术国家重点实验室开放基金项目(SKL2018KF05)
作者简介:张文学(1995—),男,硕士研究生,从事光学设计和检测技术研究;19950219695@163.com。
通信作者:王继红(1966—),女,研究员,主要从事光束控制技术等方面的研究;wangjihong19@sina.com。
第32卷第5期
强 激 光 与 粒 子 束
Vol.32,No.5
2020年5月
HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMS
May,2020
051001-1
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