曲面基底衍射元件共焦掃描輪廓提取方法研究.pdf

1、現代光學元件的發(fā)展正朝著結構形式越來越復雜、面形精度越來越高的方向發(fā)展。傳統(tǒng)的平面、球面面形光學元件已不能滿足現代光學系統(tǒng)的需求,在一些大型高精密的光學工程中出現了大量的非球面、自由曲面以及制作在曲面基底上的衍射光學元件,且要求面形精度到達納米級,因此對現代光學元件的非接觸式檢測技術提出了更大的挑戰(zhàn)。
　　本課題“曲面基底衍射元件共焦掃描測量輪廓提取算法研究”,利用共焦顯微測量具有的獨特軸向層析特性和高橫向分辨率的特點,實現對曲面

2、基底衍射元件的掃描測量,重點研究了基于Sinc2函數擬合的共焦掃描軸向響應峰值提取算法和光學元件面形輪廓提取方法,編寫了LabVIEW測量軟件,進行了實驗驗證,完成的主要內容包括:
　　(1)基于德拜衍射積分理論,通過近似計算,證明了在大數值孔徑下共焦系統(tǒng)軸向響應仍可以表達成Sinc2函數形式,在此基礎上建立共焦軸向響應Sinc2峰值提取模型。
　　(2)開展了Zernike多項式擬合輪廓提取方法研究,采用兩種方法實現Zer

3、nike多項式系數求解:一是利用Householder變換將矛盾方程組系數矩陣正交三角化,直接求解擬合系數;二是將協方差矩陣作為求解線性方程組的增廣矩陣,一次性求解Zernike多項式系數。
　　(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由于邊界效應導致了不適應性;采用回歸分析算法,生成動態(tài)權函數,給出了非參數擬合的開環(huán)高斯濾波方法,解決了邊界效應問題。
　　(4)基于LabVIEW開發(fā)平臺編寫了

4、共焦掃描測量軟件,設計了良好的人機交互界面,實現了掃描測量與數據處理功能切換,振鏡控制與數據采集同步、測量結果三維顯示等功能。
　　(5)利用編寫的測量軟件,進行了相關實驗驗證。為驗證Sinc2峰值提取方法的效果,進行了平面鏡單點測量和臺階高度測量實驗,并與直接提取法和質心法進行了對比,實驗結果表明Sinc2峰值提取方法測量結果的標準差更小。為驗證輪廓提取算法的效果,對平凸透鏡和非球面基底衍射元件進行了測量,分別用Zernike多