【摘要】：針對超短景深變焦顯微三維微納測量系統(tǒng)中,需要快速、自動循跡被測面初始焦點位置的需求,本文設(shè)計可用于但不限于該測量系統(tǒng)的離焦量檢測裝置,并構(gòu)建對焦運動控制模塊,以實現(xiàn)在自動對焦過程中驅(qū)動物鏡上下運動。將HOP-1120的音圈電機和透鏡摘除后配合分光鏡、物鏡組成基于改進商用DVD激光讀取頭的像散法對焦實驗測試系統(tǒng),并設(shè)計相應信號處理電路,得到與離焦量成一一對應關(guān)系的聚焦誤差信號FES,對其對焦特性進行實驗與分析評估,進而提出并搭建激光輔助對焦方案。激光輔助對焦方案利用物鏡對激光光線聚焦狀態(tài)不同對應被測面上激光光斑形狀不同的特點,通過檢測光斑形狀及大小確定被測面的離對焦狀態(tài),系統(tǒng)構(gòu)建過程包括激光二極管驅(qū)動電路設(shè)計、激光準直與像散校正、光路調(diào)整機構(gòu)設(shè)計、激光光斑圖像處理與離焦量轉(zhuǎn)換等。此外,為實現(xiàn)自動對焦過程中圖像采集系統(tǒng)的上下位置調(diào)整,構(gòu)建絲杠+精密步進電機+運動控制卡運動控制模塊。本文對兩種對焦方案及運動控制模塊的構(gòu)建過程進行了詳細介紹,并對兩組對焦系統(tǒng)進行了相關(guān)測試實驗。實驗結(jié)果表明,基于商用DVD激光讀取頭的像散法對焦方案中,聚焦誤差FES信號動態(tài)范圍約為200μm,平均靈敏度為34.98m V/μm,線性范圍約為60μm,線性范圍靈敏度為60.56m V/μm;激光輔助對焦方案中,光斑半徑與離焦量呈線性關(guān)系,最大線性范圍靈敏度為2.5729像素/μm,可實現(xiàn)0.39μm分辨率。
【圖文】：

現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)表面形貌測量[4]。圖1.1即為實驗室變焦顯微三維微納測量系統(tǒng)示意圖，其測量過程為：首先移動顯微物鏡，尋找被測面上一個測量點的最佳焦點位置，并以此為初始位置上下分層掃描成像，進而通過圖像處理與特征分析方法尋找每個測量點的最佳焦點位置，進而定位其深度。因而，超短景深變焦顯微三維測量中，在測量前調(diào)整顯微物鏡時，需要快速感知光軸焦點是否落在被測面上，使得成像光學系統(tǒng)具有自動循跡被測面初始焦點位置的能力[5]，然后以此為初始位置進行上下掃描成像，所以需要運用自動對焦技術(shù)幫助操作員實現(xiàn)輔助或自動對準光學系統(tǒng)

第一章 緒論制，通過檢測線陣 CCD 上的聚焦光斑位置確運動使得線陣 CCD 上聚焦光斑回到零點，調(diào)加入一個可沿光軸方向精密移動的補償鏡，，鏡發(fā)生位移，線陣 CCD 上的聚焦光斑即偏移陣 CCD 上聚焦光斑返回零點，達到自動對 激光自動跟蹤系統(tǒng)，可以根據(jù)半導體激光信現(xiàn)快速精確的自動對焦，在 100X 物鏡下，焦速度 0.2s[7]。根據(jù)差動共焦自動對焦原理圖 1.3 所示的自動對焦探頭系統(tǒng)，針孔探測后位置用來檢測兩路返回光束的光強信號[8]零點對應最佳焦點位置。
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN24;TP391.41

【參考文獻】

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本文編號：2679523