曲面基底衍射元件共焦掃描輪廓提取方法研究.pdf

1、現(xiàn)代光學(xué)元件的發(fā)展正朝著結(jié)構(gòu)形式越來越復(fù)雜、面形精度越來越高的方向發(fā)展。傳統(tǒng)的平面、球面面形光學(xué)元件已不能滿足現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)的需求,在一些大型高精密的光學(xué)工程中出現(xiàn)了大量的非球面、自由曲面以及制作在曲面基底上的衍射光學(xué)元件,且要求面形精度到達(dá)納米級(jí),因此對(duì)現(xiàn)代光學(xué)元件的非接觸式檢測(cè)技術(shù)提出了更大的挑戰(zhàn)。
　　本課題“曲面基底衍射元件共焦掃描測(cè)量輪廓提取算法研究”,利用共焦顯微測(cè)量具有的獨(dú)特軸向?qū)游鎏匦院透邫M向分辨率的特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)對(duì)曲面

2、基底衍射元件的掃描測(cè)量,重點(diǎn)研究了基于Sinc2函數(shù)擬合的共焦掃描軸向響應(yīng)峰值提取算法和光學(xué)元件面形輪廓提取方法,編寫了LabVIEW測(cè)量軟件,進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,完成的主要內(nèi)容包括:
　　(1)基于德拜衍射積分理論,通過近似計(jì)算,證明了在大數(shù)值孔徑下共焦系統(tǒng)軸向響應(yīng)仍可以表達(dá)成Sinc2函數(shù)形式,在此基礎(chǔ)上建立共焦軸向響應(yīng)Sinc2峰值提取模型。
　　(2)開展了Zernike多項(xiàng)式擬合輪廓提取方法研究,采用兩種方法實(shí)現(xiàn)Zer

3、nike多項(xiàng)式系數(shù)求解:一是利用Householder變換將矛盾方程組系數(shù)矩陣正交三角化,直接求解擬合系數(shù);二是將協(xié)方差矩陣作為求解線性方程組的增廣矩陣,一次性求解Zernike多項(xiàng)式系數(shù)。
　　(3)開展了高斯濾波輪廓提取方法研究,指出閉環(huán)高斯濾波在處理開放輪廓時(shí)由于邊界效應(yīng)導(dǎo)致了不適應(yīng)性;采用回歸分析算法,生成動(dòng)態(tài)權(quán)函數(shù),給出了非參數(shù)擬合的開環(huán)高斯濾波方法,解決了邊界效應(yīng)問題。
　　(4)基于LabVIEW開發(fā)平臺(tái)編寫了

4、共焦掃描測(cè)量軟件,設(shè)計(jì)了良好的人機(jī)交互界面,實(shí)現(xiàn)了掃描測(cè)量與數(shù)據(jù)處理功能切換,振鏡控制與數(shù)據(jù)采集同步、測(cè)量結(jié)果三維顯示等功能。
　　(5)利用編寫的測(cè)量軟件,進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。為驗(yàn)證Sinc2峰值提取方法的效果,進(jìn)行了平面鏡單點(diǎn)測(cè)量和臺(tái)階高度測(cè)量實(shí)驗(yàn),并與直接提取法和質(zhì)心法進(jìn)行了對(duì)比,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明Sinc2峰值提取方法測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差更小。為驗(yàn)證輪廓提取算法的效果,對(duì)平凸透鏡和非球面基底衍射元件進(jìn)行了測(cè)量,分別用Zernike多