临界角法激光直写聚焦伺服系统静态特性研究

为同时提高金属网栅屏蔽效率及红外透过率,要求激光直写线条细且均匀.而工件面型误差、光刻胶涂布不均匀性、机械轴系误差等会造成写入焦斑离焦,影响线条线宽及均匀性.需引入聚焦伺服系统来实时探测并补偿离焦,确保写入光束实时聚焦在光刻胶面上.给出了临界角法调焦的原理,搭建了由探焦光路、离焦信号前放、压电陶瓷微位移执行机构组成的聚...     

激光图形发生器调焦系统设计

为提高激光图形发生器的线条制作精度和制作效率,设计了新的调焦系统。调焦采用光学离轴探测原理,调焦辅助光源直接采用半导体激光器（LD）的准直椭圆光束,探测器为二象限光电池,离焦信号则采用除法构建。调焦系统具有过阻尼的二阶系统特征,新嵌入的PID控制器提升了系统的动态性能,并使系统闭环精度达0．2μm离焦量,同时能产生预期的基于不同离焦量的变线宽图形。     

基于线阵CCD 的高速光刻检焦技术

随着光学投影光刻分辨力的提高,投影物镜的焦深在逐渐缩短。为充分利用物镜有限的焦深,一般采用调焦技术来调整硅片位置。作为调焦的关键,检焦技术的研究尤为热门。现有的检焦方法多采用四象限探测器或者面阵CCD采集携带有硅片离焦量信息的光强信号,并在计算机上进行图像处理完成检焦。该方法处理速度慢,难以满足实时调焦的要求。鉴于此,提出了一种用线阵CCD采集图像,以FPGA为处理器的检焦方法。该方法利用线阵CCD的高速性和FPGA的并行性,结合多项式插值的亚像素边缘检测算法,能够高速实时检测硅片离焦量;同时, FPGA通过驱动电机控制工件台运动对离焦量进行补偿,形成一个实时闭环的调焦系统,减少了原有的计算机环节,具有高速度、高分辨率、低功耗、低成本的特点。     

基于HVS算子的自适应清晰度自动调焦评价函数

传统梯度类自动调焦评价函数对不同清晰度的序列图像不能兼顾灵敏度高和可调焦范围广两种特性,因此提出了基于人类视觉系统(HVS)算子的自适应清晰度自动调焦评价函数。检测图像各方向上的边缘,计算轻微离焦图像函数值;当图像深度离焦时,划分子区域降低采样率后进行清晰度评价。仿真实验表明本文提出的评价函数,轻微离焦位置灵敏度高,对深度离焦区域图像加均值为0,方差为0.001,0.005,0.01的高斯噪声后函数曲线几乎不变,深度离焦区域内可调焦范围大。该评价函数具有灵敏度高、可调焦范围大、抗噪性能良好等特性,更适合粗精结合的搜索算法使用。     

一种覆盖范围可调的变频梯度自动对焦评价函数

针对传统调焦函数对噪声敏感和调焦范围小从而影响自动对焦准确性的问题,提出了一种基于变频梯度的自动对焦评价函数。解决了由于离焦量过大而引起的评价函数调焦范围小的问题,通过改变采样频率实现了评价函数调焦范围的可调性。其中,评价函数采用了带有阈值选取的梯度绝对值算子,提高了评价函数的抗噪性,降低了时间复杂度。分别利用仿真实验和实拍实验对该方法进行验证,实验表明:采用不同采样频率的梯度算子能够兼顾调焦范围广以及灵敏度高的两种特性,并与现有的对焦评价函数进行了比较,通过量化指标说明了该评价函数的运算速度较现有评价函数有较大的提升,证明了所提出方法抗噪性与实时性更好、灵敏度更高、调焦范围可调,同时能够准确评价离焦图像清晰度。     

相位法自动检焦技术在经纬仪中应用的研究

介绍了一种在经纬仪中应用相位法自动检调焦的技术:通过检测CCD输出信号之间相位差获得像的相对偏移量,从而获得离焦量;存在相位差的两个信号经电路处理后控制执行机构来调节物镜的位置,使目标的像始终位于焦面上,以实现设备的自动调焦.双分离透镜组成的相位法检焦方法可以检测到由环境、目标相对位置变化等各方面引起的离焦量;CCD亚象素定位技术的应用提高了离焦量检测的精度;原理实验表明相位法自动检焦技术,在经纬仪中应用是可行的,只要选取合适的参数就可达到经纬仪的调焦精度要求,该系统具有调整方便以及较好的实时性等优点.     

长线阵大负载焦平面调焦机构设计

空间相机运载过程的冲击振动及在轨复杂力热环境的影响容易导致相机焦平面与像面的不重合,产生离焦问题。针对长线阵大负载焦平面离焦问题,设计了一种调焦机构。该机构采用两套机构驱动,可以提供大的驱动力矩,并采用两组过约束导轨保证其力学性能。每套驱动机构由步进电机、滚珠丝杠、编码器、滚动导轨和齿轮系组成。对调焦机构建立了有限元仿真分析模型,通过模态分析,验证了该结构具有较好的刚性,能够满足相应的力学条件要求。后续通过力学试验后的精度测试对调焦精度、稳定性精度分析表明:该调焦机构的调焦精度为3.8 μm,稳定性小于5″, 同步精度为1.1 μm。设计及试验证明,该调焦机构具有较高的调焦精度和可靠性,可以满足一定范围内长线阵焦面精密调焦需要。     

机载航空侦察相机调焦机构设计

本文针对一种机载和航空侦察相机,研究了导致航空相机焦面偏离的各种原因,指出温度、大气压力变化和照相距离的变化,是导致相机离焦的主要原因。通过对该原因的分析、研究,确定了自动调焦系统方案,设计了一套原理简单、结构可靠的调焦机构。对该调焦机构进行精度分析并进行了相关的试验。试验结果表明,该调焦机构设计合理可行。     

自动调焦系统速度评估与仿真

为了有效避免自动调焦算法在验证评估过程中需要依赖于调焦硬件机构的问题,研制了一套基于离焦图像模拟的自动调焦性能评估与仿真系统。该系统通过生成不同离焦状态下的图像,实现如下两方面的功能:一方面可以实现不同清晰度评价函数的性能评估;另一方面还可以根据调焦系统的设定参数,对调焦过程调整以及调焦窗口选取进行效果仿真和性能评估。实验结果表明,该系统可以根据设定的光机参数,对自动调焦过程中清晰度评价函数性能、调焦效果、搜索路径、调整耗时等性能进行初步仿真和评估。也可以为调焦系统的光学系统、机械结构以及电机驱动的设计提供一定的参考依据。     

一种灰度梯度暗通道图像自动调焦方法

针对目前调焦评价函数存在的灵敏度低、鲁棒性差、易进入饱和区等问题,提出了一种融合灰度梯度和暗通道L0范数的调焦评价函数。首先分析并证明了清晰图像与离焦图像相比具有亮度更大、更稀疏的暗通道这一特性,然后选择了暗通道的L0范数对图像的离焦情况进行评价,最后融合图像灰度梯度与暗通道的L0范数构建了一种新的调焦评价函数。在对森林、公路、天空中的无人机、室内静物等多种场景的调焦实验中,使用单核DSP处理速度为9Hz,基本满足实时性;受到外界干扰时函数曲线没有出现伪峰;在离焦比较严重的情况下没有进入饱和区,仍然能够保持一定的陡峭度。实验结果表明,本文提出的调焦评价函数具有较好的灵敏度和鲁棒性,可以满足光电成像系统对实时调焦的要求。     

Design and analysis of a high bandwidth disk drive servo systemusing an instrumented suspension

Resonance modes in the suspension of hard disk drives limit the closed-loop bandwidth. The bandwidth of the servo can be increased by active vibration control of the resonance modes. This paper considers the optimal placement of strain gauge sensors on a suspension to observe the vibration states of the suspension. Using a finite-element simulation of an actual suspension, a state-space model is identified for the two normal strains and the shear strain at each finite element. The state-space model includes the dynamics of the three primary resonance modes. A numerical search algorithm is used to determine the sensor location and orientation which maximizes the minimum singular value of the observability grammian. With the strain gauge output signal, a multirate inner loop controller is designed to be used with the existing head-positioning system. Simulations and analysis results suggest that use of an instrumented suspension is a viable candidate method for improved disk drive servo performance     

利用锁相环跟踪马达转速在微硬盘伺服写入中的应用

在众多与硬盘相关的技术中,硬盘伺服信息写入技术非常重要。在硬盘伺服信息写入的过程中要求磁碟转速要非常稳定。通过对硬盘主轴马达的反电动势与马达转速之间关系的分析,提出一种利用马达的反电动势信号跟踪马达转动速度变化,产生系统伺服写入时钟信号的方法。在此基础上建立适合的锁相环模型,根据实际情况选择参数并进行计算仿真。     

Controller optimization for minimum position error signals of harddisk drives

In order to reduce the position error signal (PES) and track misregistration (TMR) of disk drives, it is generally believed that the bandwidth of a disk drive servo system has to be increased. However, increase of the bandwidth is limited by available sampling frequency and mechanical resonances of a head-disk assembly. Hence, for a given servo-mechanical system, optimization of a servo controller is a crucial and economical way to get the best TMR performance. In this paper, optimization of a servo controller that yields minimum PES is presented. The equivalent position-mode disturbance is estimated by the error transfer function inversion method. The estimated disturbance is injected into the servo system to evaluate PES. The optimization process will select the best controller that minimizes PES under the specified constraints. It has been demonstrated that the minimization has been achieved by shaping the error transfer function rather than increase of the servo bandwidth, PES reduction has been confirmed by simulation and experiments     

光电设备伺服系统机械谐振检测和抑制

在现代国防军工领域,光电系统被广泛应用于火控、侦察、制导等武器系统中。随着目标机动性能的提升,光电武器系统对其伺服系统动态性能的需求也不断提高,光电伺服系统的带宽也要随之拓展。但机械系统固有特征不会改变,接近或者超过自然机械共振频率的驱动能量就会引起机械谐振。为了提高光电伺服系统性能,需对检测和抑制机械谐振的问题进行研究。首先通过激励信号性质分析,选取性质优良、计算简单的激励信号对光电伺服系统的机械谐振进行参数辨识,然后设计可参数化的陷波滤波器进行在线参数调整,就可实现快速有效地机械谐振抑制。实验结果表明,该机械谐振检测和抑制的方案能够精确地检测机械谐振频率,很好地抑制机械谐振产生的影响,提高光电伺服系统的动态性能。     

Direct demodulation of a 10.6µm FM signal with an NH2D stark cell

A new technique for direct demodulation of a 10.6-μm FM signal using a Stark absorption cell is described. A Stark tunable absorption line in NH2D is used to track the time-varying frequency of the incoming FM laser signal using a closed servo loop. The demodulated FM signal is proportional to the feedback voltage applied to the Stark cell. Demodulation at frequencies up to 5 kHz has been demonstrated, the rate being limited only by the bandwidth of the available servo electronics.     

Residual SAR focusing: an application to coherence improvement

The focusing quality of a SAR processor greatly depends on the accuracy of the system geometry estimate. Sometimes ancillary data do not provide enough accuracy, therefore autofocusing has to be performed to get the finest quality possible. A “residual” azimuth compression is introduced to show how a defocused image can be compensated by means of a monodimensional local operator. The residual transfer function that generates defocusing is then derived. The effects of the defocusing are shown on both a complex single SAR image and a SAR interferogram. SAR interferograms, however, are much more sensitive to defocusing than the single SAR image. Two algorithms have been developed to estimate, and compensate for, the defocusing in both the single SAR image and SAR interferometric cases. The processors select data suitable for estimating focusing parameters from the whole images by exploring Kurtosis (for single image focusing) or coherence (for interferometric autofocusing). The residual, short time-domain operator is then exploited to retrieve the focusing parameter values and, finally, to get the focused image. The limitations and accuracy of the algorithm in terms of parameter estimation are investigated. Experimental results, obtained from different SAR missions, are presented     

电压对含有齿隙伺服系统的影响

为了研究电机输入电压和传动问隙对伺服系统带宽的影响,建立了含有齿隙伺服系统的模型,得出了伺服系统反谐振频率和谐振频率的计算公式。通过对不同电压和齿侧间隙下伺服系统的仿真,定量地给出了齿侧间隙大小和电压与该机构响应频率的对应关系。对于一个带有减速器的伺服系统,这样就能够确定满足带宽下的最大输入电压和最大传动间隙。     

改进的基于图像评价准则的相位补偿方法

空间目标大都尺寸较小,雷达的回波数据信噪比较低,在目标单元之外往往存在严重的噪声影响,使ISAR成像出现严重的散焦,有时甚至是无法成像,常规的补偿方法不再适用。在分析低信噪比影响的基础上,综合利用不同方法进行相位的估计,提出一种改进的基于图像评价准则的补偿方法对相位进行精确估计,有效地提高成像的聚焦质量。考虑噪声的迭代运算误差,利用信号的相关性,结合相干积累方法,区分噪声与目标单元,大大提高了运算的速度与图像聚焦的质量。实验结果证明了方法的有效性。