本文關(guān)鍵詞：球面及非球面表面疵病檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究

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【摘要】：表面疵病是高精度光學(xué)元件質(zhì)量評(píng)價(jià)的一個(gè)重要指標(biāo),主要來(lái)源于加工和使用過(guò)程中的不當(dāng)操作。由于表面疵病會(huì)造成光束的散射和能量損耗,影響光學(xué)元件的使用壽命和光學(xué)系統(tǒng)的運(yùn)行性能,因此需要對(duì)光學(xué)元件的表面疵病進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)估。目前,國(guó)內(nèi)外在表面疵病檢測(cè)方面的研究主要針對(duì)于平面光學(xué)元件,對(duì)于球面和非球面光學(xué)元件的研究鮮有報(bào)道,由于球面及非球面非球面與平面的光學(xué)性質(zhì)有很大的差異,若直接采用針對(duì)平面的檢測(cè)技術(shù)來(lái)檢測(cè)球面及非球面會(huì)存在種種不足和困難。本論文根據(jù)光刻投影物鏡光學(xué)系統(tǒng)中球面及非球面光學(xué)元件的表面疵病檢測(cè)需求,在綜合國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的表面疵病成像檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)和搭建了一套應(yīng)用亮場(chǎng)照明的顯微成像表面疵病檢測(cè)系統(tǒng)。根據(jù)投影物鏡對(duì)光學(xué)元件表面疵病的檢測(cè)要求和系統(tǒng)性能參數(shù)的需求分析,該檢測(cè)系統(tǒng)所需解決的核心問(wèn)題是如何在現(xiàn)有的機(jī)械調(diào)整精度下,同時(shí)滿足光學(xué)系統(tǒng)的成像景深和分辨率,即克服成像景深與分辨率的相互制約。為了解決這一問(wèn)題,本文重點(diǎn)研究了應(yīng)用光瞳濾波器和波前編碼板延拓疵病檢測(cè)顯微成像系統(tǒng)的景深。同時(shí),對(duì)疵病檢測(cè)中的圖像處理系統(tǒng)中的關(guān)鍵算法進(jìn)行了研究,提高了運(yùn)算速度,使其可以滿足實(shí)時(shí)檢測(cè)的需求。本文的主要研究?jī)?nèi)容包括:1.提出了亮場(chǎng)照明顯微疵病檢測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案,并結(jié)合疵病檢測(cè)需求,對(duì)系統(tǒng)中成像系統(tǒng)光學(xué)參數(shù)和調(diào)整結(jié)構(gòu)機(jī)械參數(shù)進(jìn)行了需求分析。通過(guò)分析得出,該系統(tǒng)中所需要解決的核心問(wèn)題是在機(jī)械調(diào)整精度下,同時(shí)滿足成像系統(tǒng)的景深和分辨率需求;2.設(shè)計(jì)了對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的成像景深進(jìn)行延拓的澤尼克位相型光瞳濾波器和非整數(shù)冪次型波前編碼板。文中理論分析了所設(shè)計(jì)的光瞳濾波器和波前編碼板景深延拓能力,并進(jìn)行了成像仿真,結(jié)果表明,對(duì)于10X,NA為0.2的顯微物鏡,澤尼克位相型光瞳濾波器可以延拓其景深至約60微米,非整數(shù)冪次型波前編碼板可以延拓至100微米左右。相較于光瞳濾波器,波前編碼板具有更大的景深延拓能力,因此,利用光學(xué)成像系統(tǒng)調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)穩(wěn)定性,進(jìn)一步地設(shè)計(jì)了可同時(shí)適用于多種倍率顯微物鏡下的波前編碼板,并通過(guò)ZEMAX進(jìn)行了成像仿真,證明其在5X-40X倍率物鏡下的均具有良好的景深延拓能力,驗(yàn)證了波前編碼板可以解決景深和分辨率相互制約的核心問(wèn)題;3.對(duì)疵病檢測(cè)圖像處理系統(tǒng)進(jìn)行了研究。文中分別對(duì)疵病檢測(cè)圖像處理系統(tǒng)中的主要功能單元中的關(guān)鍵算法進(jìn)行了研究分析。在疵病圖像預(yù)處理單元,根據(jù)疵病圖像的灰度等級(jí)分布的集中性,提出了自適應(yīng)的直方圖均衡化算法,對(duì)原始圖像進(jìn)行了灰度級(jí)擴(kuò)展,提高了圖像對(duì)比度,使其更有利于后續(xù)的圖像處理。在疵病的識(shí)別測(cè)量單元,應(yīng)用Canny邊緣檢測(cè)算法對(duì)疵病進(jìn)行識(shí)別,結(jié)合圖像的直方圖均衡化結(jié)果,給出了其中濾波器參數(shù)的計(jì)算方法,同時(shí)保證了算法的邊緣定位精度和噪聲平滑能力。在圖像拼接單元,應(yīng)用疵病檢測(cè)系統(tǒng)的機(jī)械定位坐標(biāo)對(duì)SIFT拼接算法進(jìn)行了優(yōu)化,提高了算法的運(yùn)行效率;綜合分析,單幀圖像處理速率為0.8s,可以滿足疵病檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)的需求;4.搭建了用于疵病檢測(cè)的大景深顯微成像系統(tǒng)�；诒疚牟ㄇ熬幋a板的設(shè)計(jì)結(jié)果,實(shí)際加工了疵病檢測(cè)所需的波前編碼板。在此基礎(chǔ)上,搭建了同軸亮場(chǎng)照明的顯微成像檢測(cè)系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)顯微刻劃板的成像,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的大景深成像能力。最后,在實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有機(jī)械調(diào)整臺(tái)上,對(duì)D100,R#0.8的凹球面鏡進(jìn)行了表面疵病檢測(cè)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,設(shè)計(jì)的應(yīng)用亮場(chǎng)照明的顯微疵病檢測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)饪掏队拔镧R中球面及非球面光學(xué)元件進(jìn)行疵病的自動(dòng)化檢測(cè)。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH74;TP391.41

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1 果寶智;光學(xué)零件表面疵病的標(biāo)識(shí)[J];激光與紅外;2000年02期

2 王炳偉;國(guó)外光學(xué)表面疵病標(biāo)準(zhǔn)綜述[J];光學(xué)技術(shù);1980年03期

3 朱森元,李琳;榴彈裝藥疵病的無(wú)損檢測(cè)和評(píng)價(jià)[J];兵工學(xué)報(bào);1993年04期

4 吳正若;;氣體對(duì)銅體合金所引起的疵病及其控制方法[J];機(jī)械制造;1953年01期

5 雷潔;傅建平;張培林;;線膛火炮內(nèi)膛疵病圖像分類研究[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2011年12期

6 高俊民;;發(fā)蘭溶液比例校正[J];兵工學(xué)報(bào)(防腐與包裝分冊(cè));1983年02期

7 于正林;姜濤;曹國(guó)華;劉立欣;;基于二維光掃描的細(xì)長(zhǎng)孔內(nèi)壁疵病檢測(cè)技術(shù)[J];儀器儀表學(xué)報(bào);2008年03期

8 韓曉;包材疵病自動(dòng)檢查系統(tǒng)[J];包裝工程;1992年06期

9 王元慶;表面疵病國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的一種檢測(cè)方案探討[J];安徽機(jī)電學(xué)院學(xué)報(bào)(綜合版);1995年02期

10 王俊;于瀛潔;;汽車反光鏡表面疵病檢測(cè)[J];自動(dòng)化與儀器儀表;2014年05期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 汪鳳全;楊甬英;孫丹丹;;精密表面疵病的數(shù)字化檢測(cè)系統(tǒng)研究[A];浙江省光學(xué)學(xué)會(huì)第九屆學(xué)術(shù)年會(huì)暨新型光電技術(shù)青年論壇論文集[C];2005年

2 任雪珍;楊天喜;金輝;時(shí)文利;史國(guó)賢;陶玉忠;;滌棉染色疵病分析及解決方法[A];2002全國(guó)染整行業(yè)技術(shù)改造研討會(huì)論文集[C];2002年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 曹頻;球面光學(xué)元件表面疵病評(píng)價(jià)系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2015年

2 劉江;球面及非球面表面疵病檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所);2016年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 楊星宇;超光滑表面疵病的顯微散射檢測(cè)方法[D];南京理工大學(xué);2015年

2 馬林江;超光滑表面疵病檢測(cè)與圖像處理技術(shù)的研究[D];南京理工大學(xué);2015年

3 李璐;球面元件表面疵病自動(dòng)化檢測(cè)若干關(guān)鍵技術(shù)探索研究[D];浙江大學(xué);2015年

4 張彬;散射掃描法光學(xué)元件表面疵病檢測(cè)技術(shù)研究[D];西安工業(yè)大學(xué);2014年

5 王科;光學(xué)元件表面疵病散射法檢測(cè)技術(shù)研究[D];西安工業(yè)大學(xué);2013年

6 陸春華;基于機(jī)器視覺(jué)的大口徑精密表面疵病檢測(cè)系統(tǒng)研究[D];浙江大學(xué);2008年

7 李艾星;基于機(jī)器視覺(jué)的大口徑精密光學(xué)元件表面疵病的識(shí)別研究[D];重慶大學(xué);2007年

8 肖冰;大口徑光學(xué)元件表面疵病自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)關(guān)鍵問(wèn)題討論與研究[D];浙江大學(xué);2010年

9 張穩(wěn);槍械內(nèi)膛疵病檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];北京郵電大學(xué);2013年

10 任錚;光學(xué)元件表面廣義疵病檢測(cè)系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)與過(guò)程管理[D];重慶大學(xué);2010年

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