两探测面结构激光粒度仪的接收光路设计

为了扩大激光粒度仪测量的动态范围,采用同轴的两组接收透镜,将两个硅光电探测器阵列分别置于前组透镜的后焦面和两组透镜的组合后焦面上,对测量信号进行组合后用改进共轭梯度法处理数据。通过优化光路结构,采用两组双胶合透镜和探测环半径均不大于45mm的探测器可满足同时测量5～3500μm粒径的要求。     

Linnik白光干涉仪自动对焦及光程差最小化

众所周知由于两个干涉臂光路不匹配和参考镜面与被测表面的离焦,要得到相干长度非常短的Linnik白光干涉仪的干涉条纹是非常困难的.本文提出了一种自动调节的方法来解决这个问题.为了实现参考镜面和被测表面的对焦,在商用DVD读取头的基础上,对其像散法进行改进,具体方法是对和信号SS设定一个阈值,通过此阈值对归一化后的FES曲线(NFES)进行裁剪,从而获得一个与离焦距离成单调关系的曲线(TNFES),其过零点对应的就是焦点.经过实验证明,改进后的自动对焦系统的动态范围为190 μm,平均灵敏度70 mV/μm,平均标准偏差0.041 μm,分辨率4.4 nm,不确定度55 nm.此外为了最小化两个干涉臂的光程差,本文采用均方根RMSFC算法来计算成像在CCD上的干涉条纹的对比度,通过找到其最大值来最小化光程差.实验证明本文提出的自动方法可以有效地获得Linnik白光干涉仪的干涉条纹.     

基于飞秒激光器光学频率梳的绝对距离测量

提出使用飞秒激光器的光学频率梳测量绝对距离的方法.将一个飞秒激光器作为绝对距离测量的光源,搭建迈克尔逊干涉结构,利用色散干涉原理进行相应的光谱分析,得到干涉光路的光学路径差引起的相位差,最终计算出干涉光路的光学路径差.实验结果表明我们的长度测量方法精确度高,分辨力达到纳米量级.最小测量距离达到9 μm,非模糊范围达到5...     

计量型原子力测头模型研究及性能分析

建立了具有立体光路的光束偏转法原子力测头的模型，给出测头的放大能力，证明光路不会对光束偏转法的分辨力造成影响．分析了光路特性，说明光斑运动轨迹与规律．以此为基础完成了一个用于纳米计量的原子力测头．测头读数可溯源．测头的重复性通过实验验证，测头信号实验标准差为0．318nm．该测头应用在“2．5维大范围纳米结构测量系统”中，对台阶高度样板进行测量，取得了良好结果．     

基准离焦偏差控制技术

一种新的采用基准离焦信号的针孔调焦方案,用于激光直写的自动对焦子系统。通过在离焦曲线上提取参考离焦信号,建立基准离焦判据,它能容易地区分前离焦或后离焦,有效地克服了原有针孔调焦方案难于根据离焦信号来分辨离焦方向的弱点。借助微处理器和模拟电路实现了这一方案,并因此获得了均匀的1靘线宽的线条。     

调焦光路中超精密双等位环平板电容位移传感器研究

在应用共焦显微镜原理实现对超精加工表面的几何量测量中,设计了一种环状的电容位移传感器,对物镜的调焦位移进行测量,使测量光轴从极板的中心孔穿过,测量位移方向与光路的光轴重合,与阿贝原理相符;采用微机电系统(MEMS)工艺加工双等位环电容极板,电容器极板很薄,间隙小于2μm,减小边缘效应附加电容,从而极大地提高了测量的线性和测量精度.设计了处理电路,对该传感器进行了标定,在0～30μm内,其线性度为0.05%,分辨力优于0.01μm.     

大口径平行光管实时检焦系统

大口径平行光管作为实验室测试和标定必不可少的设备,已经普遍应用于各种光学设备的标定与检测中。但是光管因为震动、温度的梯度变化和空气扰动等影响因素出现离焦现象时,会导致平行光管出射光发散角增大,测量结果可信度降低。针对以上问题,本文提出了一种利用五棱镜作为光反馈元件的小型焦面监测装置,采用CCD作为图像采集装置,利用软件实现系统离焦量的计算,可对大口径平行光管的焦面进行长时间高精度的监测。经过计算机仿真与试验表明:本系统检焦分辨力可以达到45μm以内,满足实验室检测设备精度要求     

基于空间复用检测的共焦非视域成像

非视域成像技术可以对视线外的物体成像，具有广泛的应用前景。为了解决基于数字微镜器件(DMD)在共焦非视域光路探测中，由于DMD的分光作用导致回波信号弱的问题，本文提出将空间复用检测(SMD)的采集方式引入到共焦光路中，将SMD的采集方式与光锥变换(LCT)的重建算法结合，从而提高回波信号的信噪比。基于共焦非视域成像光路，首先通过激光器发射激光脉冲，然后使用SMD的方式采集隐藏物体的回波，最后通过LCT算法完成了重建。实验结果表明，单像素相机在共焦非视域光路中采用SMD的采集方式，可以提高信噪比，提高重建质量。     

具有高空间分辨力的位相型光瞳滤波式差动共焦测量法

提出一种新的改善光触针类测量传感器空间分辨力的位相型差动共焦测量方法.该方法通过具有横向超分辨能力的位相型光瞳滤波器最大程度地改善共焦测量系统的横向分辨力,通过差动共焦测量法改善共焦测量系统的轴向分辨力,最终提高共焦测量系统空间分辨能力.理论分析和实验表明,当入射激光束波长λ=632.8 nm、测量物镜数值孔径NA=0.85、uM=4时,该方法的横向分辨力优于0.2μm,轴向分辨力优于2 nm.该方法可用于表面微观轮廓及微小尺度的超精密测量.     

光谱共焦位移传感器物镜设计

高精度非接触式位移传感器有着广泛的应用.本文讨论其中一种采用光学方法实现非接触测量的光谱共焦位移传感器,阐述该传感器的工作原理,给出了该系统的设计方法和评价方法.最后基于光学设计软件CODE V的宏语言和数学软件MATLAB设计出了一个测量范围为0～1.173 mm的光谱共焦位移传感器物镜.该物镜采用一个单透镜和双胶合透镜组合的结构,在工作波长范围内,各个单波长对应最大的RMS半径为2.8 μm,其测量精度优于5 μm,波长离焦量和波长之间线性度通过线性回归拟合得出判定系数为0.985 9,测量的线性度优异.