基于机器视觉检测的非球面胶滴微透镜制造系统研究

发布时间：2020-11-11 05:17

　　 面向空天应用的微生物荧光检测要求设备达到全自动检测、结构缩微和功能集成的标准。该系统中多使用通用的光电检测器件进行荧光检测,由于被激发荧光信号微弱,光电传感器采样值变化微小,因此可在光电转换之前,使用特定曲面形状的非球面微透镜可增大检测装置的光子采集总量,从而使得整个荧光检测系统响应更为灵敏。针对非球面微透镜这一特殊应用场景,本文提出一种新的非球面胶滴微透镜制造系统和实时拟合匹配方法。目的在于能够根据给定的非球面微透镜方程,利用该系统和方法将所需要的面形微透镜直接制作出来。本文根据高压电场控制液滴面形原理,设计了一个基于机器视觉检测的非球面胶滴微透镜制造系统。论文详细介绍了该系统的整体方案,完成了实验平台的结构设计和软硬件搭建,该系统主要三部分构成:面形及运动控制单元、紫外固化单元和图像采集处理单元。面形控制及运动单元主要提供压控电场,利用电场控制光学胶滴的面形,步进电机驱动实现电极间的位移调整以及紫外LED固化光源的位置调整。紫外固化单元主要实现光源的开启关断、出光功率调节和胶滴固化功能。图像采集处理单元由变倍镜头和CMOS相机构成,该单元通过面形捕捉、滤波降噪、二值化图像后,能够得到动态胶滴轮廓并将该胶滴轮廓以Freeman链码形式存储。本文利用非球面胶滴微透镜制造系统展开研究工作,选用NOA61型紫外光固化胶作为透镜制备材料,该类胶体对波长为350nm-380nm的紫外光较为敏感。探究了电场电压和电极形状对胶滴面形的影响和变化规律,在掌握制备工艺的基础上,展开了椭圆面、抛物面、双曲面透镜的制备实验。结合基于Freeman码的轮廓拟合度评判算法得到了面形拟合度较高的透镜轮廓,并在最佳拟合度状态下,对胶滴进行固化,最终制备出了椭圆面、抛物面,双曲面微透镜。
【学位单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V444.3;TP391.41
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 非球面微透镜制造现状
        1.2.1 微注塑成型法
        1.2.2 超精密车削法
        1.2.3 3D打印法
        1.2.4 电场液滴法
    1.3 本论文的研究内容及主要结构
第2章 非球面胶滴微透镜制造系统
    2.1 设计理论与系统结构
    2.2 面形控制及运动单元
        2.2.1 电场设计
        2.2.2 运动控制模组
    2.3 紫外固化单元
        2.3.1 紫外固化灯
        2.3.2 Buck型结构恒流源
        2.3.3 基于LT3743芯片的LED恒流驱动
    2.4 图像采集处理单元
    2.5 PCB设计
    2.6 软件设计
    2.7 本章小结
第3章 图像处理与面形轮廓检测
    3.1 图像的颜色模型选择
    3.2 图像的滤波
        3.2.1 图像噪声的来源
        3.2.2 图像频域低通滤波降噪
        3.2.3 图像空间域滤波降噪
    3.3 轮廓的检测
        3.3.1 图像二值化
        3.3.2 胶滴轮廓提取
        3.3.3 轮廓的链编码
    3.4 本章小结
第4章 三种典型的非球面微透镜制作实验
    4.1 光学胶材料准备
    4.2 胶滴面形变化规律研究
        4.2.1 电场电压影响
        4.2.2 上电极形状影响
    4.3 三种面形微透镜制备
        4.3.1 参数计算及电极选取
        4.3.2 基于Freeman码的轮廓拟合率评判
        4.3.3 实验结果与分析
    4.4 本章小结
总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的主要学术成果
致谢

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 黄校军;陈广学;罗世永;;卷对卷制备微透镜阵列防伪膜[J];包装工程;2018年05期

2 谢洪波;王瑶;毛晨盛;苏永鹏;杨磊;;一种可实现收发一体连续扫描的微透镜阵列[J];应用光学;2018年05期

3 向鹏飞;李贝;袁安波;;一种新的微透镜阵列制作技术[J];半导体光电;2012年02期

4 张宇明;李毅;孙若曦;周晟;朱慧群;方宝英;;紫外衍射微透镜阵列的设计与制备[J];光学技术;2012年03期

5 吴非;;浅析折射型微透镜阵列制作方法[J];现代显示;2009年09期

6 张玉虹;刘宝元;;聚合物微透镜阵列的光学性能测试[J];中国西部科技;2008年27期

7 张新宇,汤庆乐,张智,易新建,裴先登;凹折射微透镜阵列的离子束刻蚀制作[J];光学学报;2001年04期

8 陈四海,易新建,刘鲁勤,何苗,孔令斌;小F数衍射微透镜阵列光学性能研究[J];光子学报;2001年05期

9 何苗,易新建,程祖海,陈四海,程志军;128×128凹型GaAs微透镜阵列器件的制作研究[J];中国激光;2001年06期

10 李光晓;微透镜阵列[J];光电子技术与信息;1998年04期

相关博士学位论文 前10条

1 杨帆;基于光场成像原理的微纳结构检测方法研究[D];中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所);2019年

2 邱金峰;连续无掩膜光刻与一种新型的热回流技术用于微透镜阵列成型[D];中国科学技术大学;2019年

3 左海杰;硅基中红外亚波长平面光学透镜研究[D];厦门大学;2017年

4 刘嘉楠;微透镜阵列积分视场成像光谱仪的研究与设计[D];中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所);2019年

5 罗家赛;多焦距仿生复眼研究[D];重庆大学;2018年

6 雷宇;液晶基电调光场成像方法研究[D];华中科技大学;2017年

7 李梦瑶;适应于QWIP-LED的近红外光读出效率的研究[D];中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所);2016年

8 谢恒;微注压成型表面仿生蝉翼纳米结构的设计及润湿和陷光性能研究[D];华南理工大学;2018年

9 朱晓阳;基于微流体脉冲喷射的微透镜阵列制备技术及实验研究[D];南京理工大学;2016年

10 任智斌;折射型微透镜及微透镜阵列光学性质与制作技术的研究[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2005年

相关硕士学位论文 前10条

1 张睿;基于微透镜的三维成像防伪技术研究[D];西安理工大学;2019年

2 王玉莲;光纤微透镜的制作及其特性研究[D];安徽大学;2019年

3 杨文;硅基微纳器件加工技术研究[D];厦门大学;2017年

4 赵丽媛;光纤积分视场单元微透镜端的设计与性能研究[D];哈尔滨工程大学;2018年

5 胡玥;基于热膨胀的可控长焦距微透镜研究[D];中国科学技术大学;2018年

6 郑三超;基于方形孔径微透镜阵列二维叠栅条纹的微小角度测量理论和实验研究[D];西南大学;2018年

7 王灏;基于车削掩模的非球面微透镜阵列制作技术研究[D];长春理工大学;2018年

8 胡瑶;基于PIN探测器的InP微透镜阵列研究[D];华中科技大学;2017年

9 张凤芝;基于微透镜阵列的手臂模型重建及形变技术研究[D];南京理工大学;2018年

10 樊迪;基于双模一体化液晶微透镜阵列的光控阵研究[D];华中科技大学;2017年

本文编号：2878797