基于联合变换相关原理的光学定心技术研究

发布时间：2017-03-21 08:10

  本文关键词：基于联合变换相关原理的光学定心技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着科技的发展,光学镜头在航空航天、国防军事、工业检测以及半导体产业等领域得到了广泛应用,并且对于其性能的要求也越来越高。光学镜头生产过程中的一个关键问题是控制透镜装配过程中的中心偏差。透镜中心偏差是影响光学镜头性能的主要因素之一,从透镜的磨边、胶合、检验以及装配,到光学系统性能的测试,中心偏差的存在都不可忽视。许多对系统性能要求很高的系统,如卫星摄影测量系统、投影光刻物镜等对装调误差有严格限制,都需要其中心偏差尽可能的小。传统的光学系统定心方法已经不能满足此类高性能光学镜头装调精度的要求,因此本文研制了旨在装调大NA投影光刻物镜的高精度定心仪。本文的主要工作内容如下:首先,分析中心偏差测量仪器的国内外发展现状及趋势,并归纳总结出测量透镜中心偏差的几种基本方法;其次,建立透镜组中心偏差测量数学模型,分析透镜组累计中心偏差对镜组中被测光学表面中心偏差测量的影响。通过计算透镜组各面球心像的位置以及各面的垂轴放大率,将被测光学表面的中心偏差表示为各面中心偏差及各面垂轴放大倍率的函数,该模型可有效去除镜组中心偏差测量时累计中心偏差的影响;第三,通过分析各种中心偏差测量原理的优缺点,选取反射式自准直成像法测量透镜的中心偏差。使用光学设计软件进行了测量头光学系统的光学设计,分析了系统的成像质量,结果表明系统能够满足使用要求,并进行了能量计算和光源选择;第四,提出了一种基于联合变换相关原理的中心偏差测量方法,该方法与分划板具体的图案形式无关,通过使目标图像和参考图像之间的相关运算,实现位移矢量的亚像元测量,利用位移矢量拟合实现中心偏差的高精度测量。在经典联合变换相关原理基础上提出一种双相位编码的联合变换相关算法,使相关输出平面仅保留一个互相关峰以提高测量效率;第五,对影响定心仪精度的主要误差因素进行了理论分析,包括轴系误差、放大倍率误差、数据处理误差、光学系统误差、环境误差等;进行定心仪重复性评定实验,实验结果表明中心偏差测量重复性精度为±0.7995μm;此外,经过实验验证了基于双相位编码联合变换相关原理的定心技术的有效性,并与LAS定心仪进行了对比,实验结果表明,使用联合变换相关原理测量透镜中心偏差合理可行,并且测量误差小于同条件下的LAS定心仪测量误差。
【关键词】：光学定心 中心偏差 联合变换相关 自准直 内调焦
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O439
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-10
• 目录10-13
• 第1章 绪论13-29
• 1.1 课题研究背景及意义13-15
• 1.2 国外研究现状15-22
• 1.3 国内研究现状22-27
• 1.4 论文的主要内容及章节安排27-29
• 第2章 中心偏差测量数学模型与最佳光轴算法29-53
• 2.1 中心偏差定义29-31
• 2.2 中心偏差测量方法31-39
• 2.2.1 干涉测量法31-35
• 2.2.2 自准直成像法35-39
• 2.3 镜组中心偏差测量数学模型39-46
• 2.3.1 单个折射球面近轴成像39-41
• 2.3.2 多个折射球面近轴成像41-42
• 2.3.3 中心偏差测量数学模型42-46
• 2.4 最佳光轴算法46-51
• 2.5 小结51-53
• 第3章 高精度定心仪光机系统方案设计53-73
• 3.1 系统参数及主要组成部分53-55
• 3.1.1 定心仪系统参数53-54
• 3.1.2 系统主要组成部分54-55
• 3.2 测量头设计55-67
• 3.2.1 显微物镜设计56-60
• 3.2.2 内调焦系统设计60-64
• 3.2.3 测量头主光路设计64-67
• 3.3 照明系统设计67-71
• 3.3.1 基本照明方式67-68
• 3.3.2 照明系统结构68-70
• 3.3.3 能量计算与光源选择70-71
• 3.4 小结71-73
• 第4章 联合变换相关定心算法研究73-101
• 4.1 傅里叶光学基础73-75
• 4.1.1 傅里叶变换及其性质73-75
• 4.1.2 傅里叶光学75
• 4.2 基于联合变换相关原理的图像位移探测75-83
• 4.2.1 基于经典联合变换相关原理图像位移探测76-80
• 4.2.2 基于双相位编码联合变换相关原理图像位移探测80-83
• 4.3 图像增强技术83-92
• 4.3.1 输入图像增强技术83-90
• 4.3.2 功率谱增强技术90-92
• 4.4 双相位编码技术与图像增强技术结合92-94
• 4.5 基于联合变换相关的中心偏差测量方法94-99
• 4.5.1 中心偏差的测量94-96
• 4.5.2 仿真实验96-99
• 4.6 小结99-101
• 第5章 误差分析与实验101-115
• 5.1 误差分析101-107
• 5.1.1 轴系误差101-103
• 5.1.2 放大倍率误差103-104
• 5.1.3 数据处理误差104
• 5.1.4 光学系统误差104-106
• 5.1.5 环境误差106-107
• 5.2 系统重复性评定实验107-109
• 5.3 基于联合变换相关原理定心技术验证实验109-113
• 5.3.1 基于联合变换相关的中心偏差测量110-113
• 5.3.2 对比实验113
• 5.4 结论113-115
• 第6章 总结与展望115-119
• 6.1 总结115-116
• 6.2 创新点116
• 6.3 展望116-119
• 参考文献119-127
• 在学期间学术成果情况127-129
• 指导教师及作者简介129-131
• 致谢

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 云自修;;初步探讨球面单透镜的中心偏差[J];西安工业大学学报;1982年01期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 李春才;基于联合变换相关原理的光学定心技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2015年

  本文关键词：基于联合变换相关原理的光学定心技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：259321