同步移相式光学面形检测系统研究与设计

发布时间：2017-11-02 12:31

  本文关键词：同步移相式光学面形检测系统研究与设计

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【摘要】：随着光学产品的应用越发广泛,对镜片加工的精度要求也逐渐提高。而要提高镜片的加工精度,不仅要提高镜片的加工技术,更重要的是提高镜片的检测精度。选择精度高、快捷的面形偏差检测方法,可以有效的提高镜片面形精度和生产效率。针对课题组研究的干涉仪在实验过程中,由于环境的扰动导致干涉条纹的随机变化,影响检测精度降低的问题,本文在原光路的基础上研究设计了一种同步移相式光学面形检测系统。文章首先对偏振干涉的理论进行研究分析,在原光路的基础上提出了二维光栅分光、偏振矩阵移相的同步移相检测方案；对同步移相干涉测量系统进行设计,首先介绍了实验光路的搭建和调节,接着对实验采集到的干涉图像进行分析；然后对系统中主要的元件引起的测量误差进行分析,对实验中存在的问题进行讨论,针对这些问题分别提出相应的改进方案,并对方案进行可行性分析。最后对研究工作取得的成果进行了总结,并对未来的研究工作进行了展望。系统创新点：(1)系统在原有偏振干涉的基础上,加入了同步移相技术,应用于光学镜片的面形检测,增强了系统抗环境扰动的效果,提高了后期图像处理的精度,为系统在较为恶劣的环境下进行镜片检测以及加工车间的镜片在线检测提供了条件。(2)使用二维光栅作为分光元件,方法和结构较为简单,使用偏振矩阵作为移相元件,移相精度高,使用一个CCD同时采集到四幅移相干涉图像,降低了由于CCD的不一致性带来的测量误差,同时降低了仪器的生产成本。(3)针对实验存在的问题,创新性的提出了会聚光、平板式分光镜、组合式分光棱镜等改进方案,对于提高干涉图像的整体质量,以及后期结构小型化的设计都具有重要意义。
【关键词】：同步移相 偏振干涉 光学面形 系统设计 二维光栅 偏振矩阵
【学位授予单位】：福建师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH74
【目录】：

• 中文摘要2-3
• Abstract3-5
• 中文文摘5-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 引言10-11
• 1.2 课题来源11
• 1.3 移相干涉技术的发展状况11-14
• 1.4 论文主要内容14-16
• 第2章 检测原理分析16-28
• 2.1 引言16-17
• 2.2 偏振干涉的理论分析17-20
• 2.3 移相干涉的方法分析和选择20-22
• 2.3.1 偏振分光棱镜分光、半透半反镜同步移相法20-21
• 2.3.2 偏振分光棱镜分光、波片同步移相法21-22
• 2.3.3 二维光栅分光、偏振同步移相法22
• 2.3.4 对比与选择22
• 2.4 二维光栅分光、偏振移相原理分析22-26
• 2.5 本章小结26-28
• 第3章 同步移相干涉测量系统设计28-42
• 3.1 引言28
• 3.2 光路各部分的设计和分析28-35
• 3.2.1 光源部分设计28-29
• 3.2.2 偏振分光部分设计29-31
• 3.2.3 检测光路部分设计31
• 3.2.4 移相分光的设计及其效果分析31-34
• 3.2.5 偏振矩阵的设计34-35
• 3.2.6 滤光片的选择35
• 3.3 实验光路搭建35-37
• 3.3.1 实验光路35-36
• 3.3.2 实验光路调节36-37
• 3.4 图像分析37-41
• 3.4.1 条纹对比度的分析37-39
• 3.4.2 PV值和RMS值描述面形偏差39
• 3.4.3 四幅干涉图像一致性分析39-40
• 3.4.4 同步移相干涉图像分析40-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第4章 检测系统误差分析42-52
• 4.1 引言42
• 4.2 波片误差分析42-47
• 4.2.1 四分之一波片QW_1、QW_2误差分析42-44
• 4.2.2 四分之一波片QW_3误差分析44-47
• 4.3 偏振分光棱镜误差分析47
• 4.4 二维光栅误差分析47-48
• 4.5 偏振矩阵误差分析48-49
• 4.6 元件面形偏差分析49-50
• 4.7 光学样板面形偏差50
• 4.8 本章小结50-52
• 第5章 系统的改进52-58
• 5.1 引言52
• 5.2 光源部分的改进方案52-54
• 5.2.1 会聚光光源设计52-54
• 5.2.2 激光器的改进方案54
• 5.3 偏振分光镜的改进方案54-55
• 5.4 组合式偏振分光棱方案55-56
• 5.5 二维光栅分光改进方案56
• 5.6 本章小结56-58
• 第6章 总结和展望58-60
• 6.1 工作总结58
• 6.2 课题的创新点58-59
• 6.3 工作展望59-60
• 参考文献60-66
• 攻读学位期间承担的科研任务与主要成果66-68
• 致谢68-70
• 个人简历70-74

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