本文關(guān)鍵詞：光學(xué)共焦顯微鏡振鏡掃描策略研究

  更多相關(guān)文章： 光學(xué)共焦顯微鏡 掃描速度 可靠性 圓周式掃描策略 振鏡

【摘要】：光學(xué)共焦顯微鏡以其特有的噪聲抑制特性和高軸向分辨力而廣泛應(yīng)用于微結(jié)構(gòu)表面形貌測量及生物樣品觀察,是最具影響力的測量儀器之一。目前,基于振鏡掃描的光學(xué)共焦顯微鏡采用的掃描策略是光柵式掃描策略,該掃描策略具有掃描運(yùn)動(dòng)重復(fù)性好、三維表面形貌測量數(shù)據(jù)重構(gòu)容易的優(yōu)點(diǎn)。但是由于光柵式掃描策略采用的掃描控制波形是鋸齒波,導(dǎo)致掃描速度提高困難,并且在振鏡掃描運(yùn)動(dòng)中,振鏡加速度突然增加會(huì)對振鏡造成沖擊,損傷振鏡,減小振鏡使用壽命,從而導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性提高困難。光柵式掃描策略的掃描視場是方形的,而光學(xué)系統(tǒng)有效視場是圓形的,采用光柵式掃描策略存在著對于光學(xué)視場利用不充分的問題。本課題針對上述問題開展了振鏡控制模型建立、光柵式掃描控制波形特點(diǎn)分析等工作,目的是提出能夠擴(kuò)大掃描視場、提高掃描速度和系統(tǒng)可靠性的掃描策略,解決光柵式掃描策略存在的問題,為光學(xué)共焦顯微鏡振鏡掃描策略提供新思路。本課題完成的主要內(nèi)容如下:(1)完成了光學(xué)共焦顯微鏡三維掃描成像畸變分析。依據(jù)光學(xué)共焦顯微成像原理,分析了基于檢流式振鏡光學(xué)共焦顯微鏡橫向掃描畸變產(chǎn)生的主要原因,即振鏡偏轉(zhuǎn)角度與掃描視場非線性映射關(guān)系。(2)建立了檢流式振鏡系統(tǒng)控制模型。首先分析檢流式振鏡系統(tǒng)工作原理,基于對振鏡工作原理的分析建立了其控制模型,并用MATLAB進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),完成了振鏡系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明檢流式振鏡系統(tǒng)對正弦信號(hào)的跟蹤性能優(yōu)于鋸齒信號(hào)。然后針對光柵式掃描存在的問題,提出了圓周式掃描策略,實(shí)驗(yàn)表明,圓周式掃描策略掃描視場擴(kuò)大了57%,數(shù)據(jù)有效利用率可達(dá)100%,掃描速度提高了9%,振鏡在掃描運(yùn)動(dòng)中,沒有沖擊產(chǎn)生,不會(huì)對振鏡造成損傷,因而提高了振鏡系統(tǒng)可靠性。(3)設(shè)計(jì)并搭建了光學(xué)共焦顯微鏡振鏡掃描單元。首先完成了光學(xué)共焦顯微鏡振鏡掃描單元硬件設(shè)計(jì),包括光路設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),并進(jìn)行了安裝調(diào)試;然后使用Lab VIEW軟件編寫了光學(xué)共焦顯微鏡測量軟件,包括三維掃描模塊、傾斜校正模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理模塊及臺(tái)階高度計(jì)算模塊等主要功能模塊和軟件人機(jī)交互設(shè)計(jì)。(4)完成了光學(xué)共焦顯微鏡振鏡掃描單元計(jì)量特性測量,并應(yīng)用圓周掃描策略測量了標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)階樣品,測量值與標(biāo)稱值的偏差為0.6nm。
【關(guān)鍵詞】：光學(xué)共焦顯微鏡 掃描速度 可靠性 圓周式掃描策略 振鏡
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH742
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 課題研究的背景、目的和意義9-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-17
• 1.2.1 光學(xué)共焦顯微技術(shù)簡介11
• 1.2.2 光束掃描常用掃描器件簡介11-12
• 1.2.3 光學(xué)共焦顯微技術(shù)掃描策略研究現(xiàn)狀12-17
• 1.3 本課題主要研究內(nèi)容17-18
• 第2章 光學(xué)共焦顯微三維掃描成像畸變分析18-27
• 2.1 引言18
• 2.2 光學(xué)共焦顯微三維掃描成像原理18-22
• 2.2.1 薄透鏡菲涅爾衍射分析18-21
• 2.2.2 光學(xué)共焦顯微三維成像原理21-22
• 2.3 檢流式振鏡系統(tǒng)橫向掃描畸變分析22-26
• 2.3.1 光學(xué)系統(tǒng)畸變簡介22-23
• 2.3.2 檢流式振鏡系統(tǒng)橫向掃描畸變分析23-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 第3章 圓周掃描策略研究27-49
• 3.1 引言27
• 3.2 檢流式振鏡系統(tǒng)組成與工作原理27-28
• 3.3 檢流式振鏡系統(tǒng)控制模型與仿真28-36
• 3.3.1 檢流式振鏡系統(tǒng)控制模型建立與分析28-32
• 3.3.2 檢流式振鏡系統(tǒng)控制模型仿真32-36
• 3.4 傳統(tǒng)光柵式掃描策略分析36-39
• 3.4.1 光柵式掃描策略掃描視場小36
• 3.4.2 光柵式掃描策略掃描速度慢36-37
• 3.4.3 光柵式掃描策略數(shù)據(jù)有效利用率低37
• 3.4.4 光柵式掃描策略可靠性提高困難37-39
• 3.5 圓周掃描策略研究39-48
• 3.5.1 圓周掃描策略基本介紹39-40
• 3.5.2 圓周掃描策略實(shí)現(xiàn)與分析40-48
• 3.6 本章小結(jié)48-49
• 第4章 光學(xué)共焦顯微鏡振鏡掃描單元設(shè)計(jì)49-66
• 4.1 引言49
• 4.2 光學(xué)共焦顯微鏡掃描單元硬件設(shè)計(jì)49-55
• 4.2.1 掃描單元光路設(shè)計(jì)49-50
• 4.2.2 掃描單元機(jī)械設(shè)計(jì)50-55
• 4.2.3 掃描單元控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)55
• 4.3 光學(xué)共焦顯微鏡振鏡掃描單元測量軟件設(shè)計(jì)55-65
• 4.3.1 三維掃描模塊55-58
• 4.3.2 傾斜校正模塊58-60
• 4.3.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理模塊60-61
• 4.3.4 臺(tái)階高度計(jì)算模塊61-63
• 4.3.5 測量軟件主程序設(shè)計(jì)63-64
• 4.3.6 測量軟件人機(jī)交互設(shè)計(jì)64-65
• 4.4 本章小結(jié)65-66
• 第5章 共焦顯微系統(tǒng)計(jì)量特性測量實(shí)驗(yàn)與分析66-75
• 5.1 引言66
• 5.2 共焦顯微系統(tǒng)計(jì)量特性測試66-73
• 5.2.1 系統(tǒng)噪聲測試66-68
• 5.2.2 平面度誤差測試68-69
• 5.2.3 軸向放大率和線性度測試69-71
• 5.2.4 橫向掃描畸變測試71-73
• 5.3 圓周掃描策略測量標(biāo)準(zhǔn)樣品73-74
• 5.4 本章小結(jié)74-75
• 結(jié)論75-76
• 參考文獻(xiàn)76-80
• 致謝80

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 袁巨龍;張飛虎;戴一帆;康仁科;楊輝;呂冰海;;超精密加工領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)發(fā)展研究[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2010年15期

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 唐建波;基于光束掃描的共焦顯微三維測量技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

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本文編號(hào)：732041