光学系统轴向参数干涉测量技术研究
发布时间：2021-07-21 00:00
随着光刻机、高精度显微镜以及卫星相机等高精密光学仪器的广泛应用,对于光学系统的成像质量的要求也愈加严苛。光学系统轴向参数作为影响成像质量好坏的最重要的因素,在实际加工及装配过程需要对其进行精确测量并严格控制。然而国内对于光学系统轴向参数的检测技术的研究相对较少,且精度不高,故本文基于光学干涉技术,提出了一种非接触高精度大量程光学系统轴向参数测量方法。本文通过采用低相干技术对待测光学系统内透镜的各表面顶点进行精确定位,利用高相干产生的干涉信号作为测量标尺,通过共用同一大量程光学延迟线,从而实现大尺寸光学系统轴向参数精确测量。主要研究工作包括:首先根据总体方案完成了大量程光学延迟线模块设计;建立了旋转式光学延迟线光程延迟的数学模型,并对内部光学元件进行了参数计算及机械结构设计。设计并计算等差光纤组等参数,以此增大测量系统的扫描量程。然后完成了定心模块设计;根据定心方案对定心物镜的结构形式及参数进行分析计算,利用ZEMAX软件对定心物镜进行光学设计,通过透镜固定形式及材料的选择完成了定心镜头的结构设计。最后搭建实验平台,依次对大量程光学延迟线模块、高、低相干测量系统进行装配与调试。通过实验测...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
00x/1.2显微物镜在军用及航空航天领域中，如图1.3所示为某航天相机及其拍摄图片，在恶劣的
2图1.2200x/1.2显微物镜在军用及航空航天领域中，如图1.3所示为某航天相机及其拍摄图片，在恶劣的工作环境的影响下，机械振动、温度、湿度及压强等环境因素的变化引起镜头内部镜片松动，镜面间距产生变化，导致镜头的成像质量大大降低，拍摄图片不清晰，无法真实还原太空“真相”[8]。因此需对工作中的镜头进行定期复检。定期对镜头的透镜厚度及镜面间距进行检测并实时调节，以防止轴向参数的改变影响其成像质量。图1.3航天相机及拍摄图片综上所述，精确测量透镜中心厚度及镜面间距是保证光学系统成像性能的前提条件[9]。只有对光学系统轴向参数进行高精度测量，才能保证镜头的加工及装调的精度，而镜头的装调工作离不开一次次的检测及调整，因此检测精度是影响装调精度最重要的因素。然而国内的检测技术发展较为缓慢，测量精度及测量范围仍是个待挑战的难题。故而研制一种高精度、大量程的光学系统轴向参数测量装置，具有十分重要的学术研究价值和市场应用前景[10]。
31.2国内外研究现状接触式测量法与非接触测量法为国内外光学系统的轴向参数测量的主要方法[11]。接触式测量法主要采用测量工具和镜面直接接触的方式进行测量。该方法省时省力，简单直观，但是却存在诸多缺点：（1）接触式测量多为人工手动检测，存在较大人为误差[12]。（2）在使用测量工具进行测量时，镜片表面或是镜片膜层很容易被测量工具所损坏。（3）在对平凹、双凹、凹凸等类型的透镜进行测量时，测量工具很难直接测量出透镜间的中心距离及厚度。如图1.4所示为常用的接触式测量工具。a)b)图1.4常用的接触式测量工具a)游标卡尺b)螺旋测微仪国内外对于非接触式光学系统轴向参数测量方法主要集中于图像法、白光共焦法及光学干涉法等[13-15]。1）图像测量法随着科技的迅猛发展，图像处理技术已广泛渗透于各行各业中，同时图像测量法在透明介质的外观及尺寸测量方面也得到了广泛的应用[16-17]，其测量原理如图1.5所示。测量装置包括两个臂，照明臂由激光器，聚焦透镜L1，针孔P，准直透镜L2，分束镜S和聚焦透镜L3组成。成像臂由成像镜头L4、反射镜M及CCD像机组成。待测光学系统被固定在直线导轨上，激光器发出的光束通过分光镜S到达待测光学系统表面，前后移动光学系统，入射光在透镜表面会产生反射，反射光通过分光镜S和透镜L4后聚焦在CCD上，形成测量光斑，最后通过CCD图像确定待测光学系统不同表面的反射位置后，并由几何光线追迹计算得出待测光学系统的透镜厚度及镜面间距[18]。
本文编号：3293875
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
00x/1.2显微物镜在军用及航空航天领域中，如图1.3所示为某航天相机及其拍摄图片，在恶劣的
2图1.2200x/1.2显微物镜在军用及航空航天领域中，如图1.3所示为某航天相机及其拍摄图片，在恶劣的工作环境的影响下，机械振动、温度、湿度及压强等环境因素的变化引起镜头内部镜片松动，镜面间距产生变化，导致镜头的成像质量大大降低，拍摄图片不清晰，无法真实还原太空“真相”[8]。因此需对工作中的镜头进行定期复检。定期对镜头的透镜厚度及镜面间距进行检测并实时调节，以防止轴向参数的改变影响其成像质量。图1.3航天相机及拍摄图片综上所述，精确测量透镜中心厚度及镜面间距是保证光学系统成像性能的前提条件[9]。只有对光学系统轴向参数进行高精度测量，才能保证镜头的加工及装调的精度，而镜头的装调工作离不开一次次的检测及调整，因此检测精度是影响装调精度最重要的因素。然而国内的检测技术发展较为缓慢，测量精度及测量范围仍是个待挑战的难题。故而研制一种高精度、大量程的光学系统轴向参数测量装置，具有十分重要的学术研究价值和市场应用前景[10]。
31.2国内外研究现状接触式测量法与非接触测量法为国内外光学系统的轴向参数测量的主要方法[11]。接触式测量法主要采用测量工具和镜面直接接触的方式进行测量。该方法省时省力，简单直观，但是却存在诸多缺点：（1）接触式测量多为人工手动检测，存在较大人为误差[12]。（2）在使用测量工具进行测量时，镜片表面或是镜片膜层很容易被测量工具所损坏。（3）在对平凹、双凹、凹凸等类型的透镜进行测量时，测量工具很难直接测量出透镜间的中心距离及厚度。如图1.4所示为常用的接触式测量工具。a)b)图1.4常用的接触式测量工具a)游标卡尺b)螺旋测微仪国内外对于非接触式光学系统轴向参数测量方法主要集中于图像法、白光共焦法及光学干涉法等[13-15]。1）图像测量法随着科技的迅猛发展，图像处理技术已广泛渗透于各行各业中，同时图像测量法在透明介质的外观及尺寸测量方面也得到了广泛的应用[16-17]，其测量原理如图1.5所示。测量装置包括两个臂，照明臂由激光器，聚焦透镜L1，针孔P，准直透镜L2，分束镜S和聚焦透镜L3组成。成像臂由成像镜头L4、反射镜M及CCD像机组成。待测光学系统被固定在直线导轨上，激光器发出的光束通过分光镜S到达待测光学系统表面，前后移动光学系统，入射光在透镜表面会产生反射，反射光通过分光镜S和透镜L4后聚焦在CCD上，形成测量光斑，最后通过CCD图像确定待测光学系统不同表面的反射位置后，并由几何光线追迹计算得出待测光学系统的透镜厚度及镜面间距[18]。
本文编号：3293875
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