面向空天應用的微生物熒光檢測要求設備達到全自動檢測、結(jié)構(gòu)縮微和功能集成的標準。該系統(tǒng)中多使用通用的光電檢測器件進行熒光檢測,由于被激發(fā)熒光信號微弱,光電傳感器采樣值變化微小,因此可在光電轉(zhuǎn)換之前,使用特定曲面形狀的非球面微透鏡可增大檢測裝置的光子采集總量,從而使得整個熒光檢測系統(tǒng)響應更為靈敏。針對非球面微透鏡這一特殊應用場景,本文提出一種新的非球面膠滴微透鏡制造系統(tǒng)和實時擬合匹配方法。目的在于能夠根據(jù)給定的非球面微透鏡方程,利用該系統(tǒng)和方法將所需要的面形微透鏡直接制作出來。本文根據(jù)高壓電場控制液滴面形原理,設計了一個基于機器視覺檢測的非球面膠滴微透鏡制造系統(tǒng)。論文詳細介紹了該系統(tǒng)的整體方案,完成了實驗平臺的結(jié)構(gòu)設計和軟硬件搭建,該系統(tǒng)主要三部分構(gòu)成:面形及運動控制單元、紫外固化單元和圖像采集處理單元。面形控制及運動單元主要提供壓控電場,利用電場控制光學膠滴的面形,步進電機驅(qū)動實現(xiàn)電極間的位移調(diào)整以及紫外LED固化光源的位置調(diào)整。紫外固化單元主要實現(xiàn)光源的開啟關(guān)斷、出光功率調(diào)節(jié)和膠滴固化功能。圖像采集處理單元由變倍鏡頭和CMOS相機構(gòu)成,該單元通過面形捕捉、濾波降噪、二值化圖像后,能夠得到動態(tài)膠滴輪廓并將該膠滴輪廓以Freeman鏈碼形式存儲。本文利用非球面膠滴微透鏡制造系統(tǒng)展開研究工作,選用NOA61型紫外光固化膠作為透鏡制備材料,該類膠體對波長為350nm-380nm的紫外光較為敏感。探究了電場電壓和電極形狀對膠滴面形的影響和變化規(guī)律,在掌握制備工藝的基礎(chǔ)上,展開了橢圓面、拋物面、雙曲面透鏡的制備實驗。結(jié)合基于Freeman碼的輪廓擬合度評判算法得到了面形擬合度較高的透鏡輪廓,并在最佳擬合度狀態(tài)下,對膠滴進行固化,最終制備出了橢圓面、拋物面,雙曲面微透鏡。
【學位單位】：北京工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：V444.3;TP391.41
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題研究背景
    1.2 非球面微透鏡制造現(xiàn)狀
        1.2.1 微注塑成型法
        1.2.2 超精密車削法
        1.2.3 3D打印法
        1.2.4 電場液滴法
    1.3 本論文的研究內(nèi)容及主要結(jié)構(gòu)
第2章 非球面膠滴微透鏡制造系統(tǒng)
    2.1 設計理論與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    2.2 面形控制及運動單元
        2.2.1 電場設計
        2.2.2 運動控制模組
    2.3 紫外固化單元
        2.3.1 紫外固化燈
        2.3.2 Buck型結(jié)構(gòu)恒流源
        2.3.3 基于LT3743芯片的LED恒流驅(qū)動
    2.4 圖像采集處理單元
    2.5 PCB設計
    2.6 軟件設計
    2.7 本章小結(jié)
第3章 圖像處理與面形輪廓檢測
    3.1 圖像的顏色模型選擇
    3.2 圖像的濾波
        3.2.1 圖像噪聲的來源
        3.2.2 圖像頻域低通濾波降噪
        3.2.3 圖像空間域濾波降噪
    3.3 輪廓的檢測
        3.3.1 圖像二值化
        3.3.2 膠滴輪廓提取
        3.3.3 輪廓的鏈編碼
    3.4 本章小結(jié)
第4章 三種典型的非球面微透鏡制作實驗
    4.1 光學膠材料準備
    4.2 膠滴面形變化規(guī)律研究
        4.2.1 電場電壓影響
        4.2.2 上電極形狀影響
    4.3 三種面形微透鏡制備
        4.3.1 參數(shù)計算及電極選取
        4.3.2 基于Freeman碼的輪廓擬合率評判
        4.3.3 實驗結(jié)果與分析
    4.4 本章小結(jié)
總結(jié)與展望
參考文獻
攻讀碩士學位期間取得的主要學術(shù)成果
致謝

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