光栅复制拼接光路中入射光角度对拼接误差的影响

设计了一种基于干涉检验法的复制拼接光栅测量光路。针对光栅复制拼接光路中入射光角度难以精确测量的问题,分析了光栅拼接实验中入射光角度对光栅拼接的影响。建立了光栅拼接误差模型,分析了五维拼接误差的容限要求。按照光栅复制拼接光路的要求,设计了一种干涉仪角度调节装置。根据误差模型和拼接光路分析了500mm×500mm大尺寸中阶梯光栅复制拼接光路中入射光角度误差与拼接误差的关系。结果显示:入射光角度误差为1°,拼接光路中绕x轴,y轴的转动误差Δθx,Δθy和沿z轴的位移误差Δz的计算值与实际值之间分别相差0.002 1μrad,0.003 3μrad和0.348 2nm时,引起波前差为2.590 1nm。根据这一计算结果,给出了干涉仪角度调节装置的设计指标,即设置角度调节分度为0.1°时,可满足大尺寸光栅复制拼接要求。     

单基片多次曝光实现光栅拼接的理论分析

为减少光栅拼接过程中需要控制的物理量,提出了一种利用单基片多次曝光实现光栅拼接的理论方案。这种拼接方法不但降低了光栅拼接难度,而且还避免了拼接完成后小光栅间的相对移动。对该方案的原理进行了分析,并模拟计算了两块光栅在面内的拼缝和转动对远场光斑特性的影响,获得了无像差情况下光栅拼接的精度。     

用拼接法获取大面积衍射光栅

近年来大面积衍射光栅已成为许多大型高技术工程项目的关键元件,它的获取方法也一直是光栅界探求的目标,本文简要回顾衍射光栅研制技术的发展历史,介绍了衍射光栅的发展趋势以及国内外研制大面积衍射光栅的技术现状,说明了拼接光栅的原理、方法以及利用这种方法来获取大面积衍射光栅的诸多优点.目前拼接光栅中各小光栅的衍射波阵面的位相还没有做到完全一致,要做到一致还需做很多工作,但用拼接手段来获取大面积光栅已是一种非常有效的方法.     

高精度大口径光栅拼接装置的控制算法

采用宏/微结合双驱动的少自由度并联进给结构,给出了一种光栅拼接装置设计算法.宏动部分是5PTS-1PPS型并联机构,采用步进电机驱动滚珠丝杠形式的进给机构;微动部分是5TSP-1PPS型并联机构,采用压电陶瓷驱动柔性铰链形式的进给机构;二者串联构成光栅拼接机构.计算了宏动部分和微动部分的并联机构自由度,利用并联机构运动学的逆解推导出该装置的控制算法,并根据控制算法进行了宏动、微动机构点位控制的运动学仿真.为了提高机构的定位精度,分析了机构的系统误差并提出了误差修正方法.最后,将以上算法应用到光栅拼接装置中.实验结果表明:宏动部分最大移动定位误差为3.6 μm,最大转动定位误差为4.4 μrad;微动部分最大移动定位误差为0.06 μm,最大转动定位误差为1.2 μrad;基本满足光栅拼接系统的精度要求.     

大尺寸光学元件在位动态干涉拼接测量系统

为了满足车间条件下大口径光学元件的高精度在位、在线检测的迫切需求,本文构建了一个适于一般环境下应用的动态干涉拼接测量实验系统。该系统由动态干涉仪、二维移动平台、控制系统及拼接软件等部分构成。应用该系统对200mm×300mm×20mm的光学元件在一般应用环境下进行了拼接测量实验,采用误差均化拼接算法进行拼接,并对拼接后的结果进行分析处理,比较拼接测量与全口径测量结果,PV值的相对误差为3.1%,RMS值的相对误差为1.6%,Power值的相对误差为2.1%。该系统为在车间环境下建立大口径光学元件在位检测建立了基础。     

基于光栅的快速精确图像拼接

为了提高IC芯片视觉检测中图像拼接的速度和精度,提出一种基于精密光栅运动系统的快速精确图像拼接技术。提出自标定技术解决了传统标定受标准件加工尺寸精度和光强影响的问题,提高了标定的准确度并降低了成本。在准确标定基础上,建立了基于光栅精确定位的拼接模型。实验表明,该方法拼接精度高,拼接平均误差在0.4 μm以内,2 σ为0.872 μm,达到亚像素级精度,而且拼接速度快,两幅图像拼接时间约为10 ms。     

误差均化的拼接技术

利用相关拼接技术实现光学波面检测,可以用较小的测量口径实现较大面积的测量,并保持高的测量精度、高的空间分辨率和系统的低成本.获得高精度的子孔径波面分布和有效的拼接方法是这一技术的关键.最简单的两两拼接的方法由于在拼接过程中存在误差积累,对全孔径拼接精度有很大的影响.采用误差均化的拼接方法,要求所有拼接区中相差值的平方和同时达到最小.从本质上看,这是一种并行算法.给出了在平面直角坐标系下误差均化拼接的数学模型和求解方法,进行了计算机仿真.结果证明该方法是切实有效的.     

大负载高精度光栅拼接柔顺并联机构的设计方法

由于加工工艺的限制,通常采用多块小口径光栅机械式拼接的方法来制备大尺寸光栅。为保证打靶成功,要求光栅拼接机构可以实现纳米级的运动精度。基于压电陶瓷驱动的柔顺并联机构可以达到纳米级的运动精度,但是柔性关节的引入降低了机构的承载能力。为解决柔顺并联机构中存在的"大负载"与"高精度"之间的矛盾,引入驱动与承载单元解耦的思想,基于约束设计法提出一种满足大口径光栅拼接机构大行程、大负载、高精度要求的新型光栅拼接柔顺并联机构,该机构具有刚柔混合、串并混联、三面正交、单点支撑、存在一条恰约束被动支链的特点。为实现光栅拼接机构的高精度运动,对设计的新型光栅拼接机构进行运动学分析,并搭建试验系统测试拼接机构的运动精度。试验结果表明利用所提设计方法设计的光栅拼接柔顺并联机构能满足拼接机构的任务要求。     

单体大尺寸高精度全息光栅制造技术综述

单体大尺寸高精度全息平面光栅是高端浸没式光刻机、惯性约束核聚变等高端装备和重大工程的核心器件,制造难度极高.本文综述了单体大尺寸高精度全息平面光栅的主要制造技术,介绍了基于单次大尺寸干涉光刻技术和干涉光刻步进拼接技术的单体大尺寸高精度全息平面光栅制造技术的研究进展以及存在的问题,并着重对基于扫描干涉光刻技术的单体大尺寸...     

多TDI-CCD拼接相机成像非均匀性的校正

针对多TDI-CCD拼接相机存在成像非均匀性问题,开展了对拼接相机输出图像的片内及片间综合校正算法研究.结合CCD相机特性介绍了TDI-CCD的工作原理以及拼接相机成像非均匀性的产生机理.然后,分别对拼接相机片内及片间非均匀性校正的原理进行分析,提出了片内采用两点法校正,片间采用比值平均综合法校正.最后,对片内及片间综合非均匀性校正的参数标定及校正方法进行了探讨.实验结果表明,对存在8.4%非均匀性的原拼接输出图像,采用片内与片间综合校正法校正后,图像非均匀性达到了2.7%,表明该校正方法可基本满足TDI-CCD拼接相机对成像非均性校正的要求,其算法有效实用.     

多TDI-CCD拼接相机非均匀性校正方法

针对多TDI-CCD拼接相机成像存在非均匀性问题,开展了对拼接相机输出图像片内及片间综合校正算法的研究。首先,结合CCD相机特性,介绍了TDI-CCD的工作原理以及拼接相机非均匀性的产生机理。然后,分别对拼接相机片内及片间非均匀性校正的原理进行分析,提出了片内采用两点法校正、片间采用比值平均校正的综合校正算法。最后,对片内及片间综合非均匀性校正的参数标定及校正方法进行了探讨;实验结果表明,在原拼接输出图像存在8.4%非均匀性的条件下,采用片内与片间综合校正法校正后,图像非均匀性达到2.7%。该校正方法基本满足了对TDI-CCD拼接相机非均性校正的指标要求,算法有效实用。     

基于Harris算子的图像拼接高精度检测技术

针对医疗器械要求高精度检测的特点,提出了采用图像拼接对器械进行检测的方法,通过Harris算子精确提取图像中的特征点进行图像拼接,不但极大提高了拼接精度以及精密医疗器械的检测精度,而且增加图像分辨力与成像范围。拼接精度是检测精度的保证,基于Harris算子的拼接图像可实现微米级高精度检测。通过该方法进行图像拼接并测量其精度,测试精度与单幅图像相比明显提高,结果完全符合器械检测要求。基于拼接的精密仪器测量是一种提高测量精度的新方法,这方面的研究必将推动机器视觉技术的进一步发展。     

一种适用于特征稀少零件的图像精确拼接方法

针对特征稀少零件的图像精确拼接难题,提出了一种基于相位相关法和闭环运动控制的图像精确拼接方法,以充分发挥软硬件的综合优势。该方法以具有足够特征信息的零件为对象,获取成像系统分别沿X轴和Y轴运动时的零件等距序列图像并预处理,再利用相位相关法求解图像配准参数。在闭环运动控制系统的良好重复定位精度支持下,将上述图像配准参数视为系统配准参数,以进行特征稀少零件的图像拼接。典型零件的图像拼接实验表明,该拼接方法用于特征稀少零件的图像拼接具有无像素级拼接错位和拼接速度快等优点。     

An improved accuracy-measuring method in manufacturing the lead screw of grating ruling engine

A measuring method was studied to further improve the manufacturing accuracy of the lead screw. Firstly, factors that can axially displace the screw shaft were analyzed and a relationship between factors and axial displacement was given. The axial displacement of the screw shaft was measured using a laser interferometer, and results show that the variation amplitude of the screw-shaft axial displacement was about 80 nm while the variation period was consistent with the rotation period of the screw shaft. Next, two methods of measuring the manufacturing accuracy of the lead screw were considered: a traditional method that measures the absolute position of the nut and an improved method that measures the displacement between the nut and screw shaft. A No. 4 screw shaft was manufactured under the guidance of results obtained using the improved measuring method. Experimental measurements were then made; results show that the pitch displacement errors obtained using the traditional and improved measuring methods were 0.6 and 0.4 μm, respectively, indicating that the improved measuring method is more exact. Finally, an echelle grating ruled by a grating ruling engine that used the No. 4 screw shaft as a macro-positioning element was introduced. Its excellent parameters indirectly show that the improved measuring method has better accuracy.     

超精圆度仪全自动误差分离装置的研制

介绍作者研制的用于提高圆度仪测量精度的全自动误差分离装置。该装置不仅可以使圆度仪主轴回转误差从被测工件测量结果中可靠分离 ,而且整个测量过程实现了全自动无人操作 ,提高了系统的抗干扰能力及可靠性     

Development of a parameterized mechanical model of a chisel-edge grating ruling tool

The parameterized mechanical model is proposed to optimize chisel-edge grating ruling tool parameters, eliminate corrugated grating lines, improve surfaces roughness of blaze plane, and reduce complex fabrication works such as step-by-step modification of tool guide angle. A mathematical model of force and torque between the diamond tool and the metallic film during the ruling process is deduced to realize optimized diamond tool geometrical parameter design. Then, grating ruling experiments are performed by tools with different guide angles of 75°, 95°, 115° and 135°, respectively. The experiments results agree well with the theoretical calculation value of force and torque. Experiments show that our proposed method is an effective way to solve the corrugated line and fluctuating problems on grating grooves, and can avoid complex and time-consuming technical operations such as step-by-step modification of tool guide angle. This illustrates the significance of our model for practical applications in the ruling of high-performance gratings.     

Automated microscopy system for mosaic acquisition and processing

An automatic mosaic acquisition and processing system for a multiphoton microscope is described for imaging large expanses of biological specimens at or near the resolution limit of light microscopy. In a mosaic, a larger image is created from a series of smaller images individually acquired systematically across a specimen. Mosaics allow wide‐field views of biological specimens to be acquired without sacrificing resolution, providing detailed views of biological specimens within context. The system is composed of a fast‐scanning, multiphoton, confocal microscope fitted with a motorized, high‐precision stage and custom‐developed software programs for automatic image acquisition, image normalization, image alignment and stitching. Our current capabilities allow us to acquire data sets comprised of thousands to tens of thousands of individual images per mosaic. The large number of individual images involved in creating a single mosaic necessitated software development to automate both the mosaic acquisition and processing steps. In this report, we describe the methods and challenges involved in the routine creation of very large scale mosaics from brain tissue labelled with multiple fluorescent probes.     

基于反射式成像光路的全波段蛋白检测仪的研制

为了实现酶标仪的全波段和快速检测,设计出一种基于反射式成像光路的全波段蛋白检测仪,采用反射式光学检测的方式进行成像,将一维成像光程扩展为二维,提高维度减少空间,同时提高了视场范围.分别进行了Human Pentraxin 3/TSG-14(PTX3)酶联免疫吸附实验以及二喹啉甲酸法(BCA)蛋白浓度检测实验,检测波长分...