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小机芯离焦检测系统特性的新型测量方法

光电子．激光 2006年第2期17卷 215-218页

作者：张建勇马建设徐端颐潘龙法清华大学国家光盘工程研究中心北京100086

利用聚焦预搜索原理,测量出小机芯离焦检测系统特性的关键参数:离焦偏置、离焦灵敏度和线性区范围。首先将周期电压输入小机芯的聚焦力矩器使小机芯进行聚焦预搜索,同时得到聚焦误差曲线;然后根据聚焦误差曲线计算出小机芯离焦检测系统... 详细信息

利用聚焦预搜索原理,测量出小机芯离焦检测系统特性的关键参数:离焦偏置、离焦灵敏度和线性区范围。首先将周期电压输入小机芯的聚焦力矩器使小机芯进行聚焦预搜索,同时得到聚焦误差曲线;然后根据聚焦误差曲线计算出小机芯离焦检测系统的特性,利用聚焦误差曲线S状脉冲的出现时刻计算出离焦偏置,利用S状脉冲的斜率和峰峰值得到离焦灵敏度和线性区范围;最后给出测量实例。该方法采用电信号测量小机芯的离焦检测系统特性,无需进一步的聚焦闭环控制以及三维精密工作台,具有设备简单、易于实现等特点。

关键词：离焦检测小机芯测量方法

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像散法离焦检测中的像散透镜参数设计

光学技术 2012年第4期38卷 435-440页

作者：田毅强蒋庭佳高鹏飞田媛姜曼郭汉明庄松林上海理工大学光电信息与计算机工程学院教育部光学仪器与系统工程研究中心上海市现代光学系统重点实验室上海200093

推导出了离焦量与聚焦误差信号功率的关系式。利用MATLAB软件仿真,详细分析了像散透镜系统各个参数对离焦量、灵敏度、光斑大小等的影响,得到了像散圆透镜与像散柱透镜焦距之间的距离关系。结果发现聚焦物镜和探测器参数对最小离焦量、... 详细信息

推导出了离焦量与聚焦误差信号功率的关系式。利用MATLAB软件仿真,详细分析了像散透镜系统各个参数对离焦量、灵敏度、光斑大小等的影响,得到了像散圆透镜与像散柱透镜焦距之间的距离关系。结果发现聚焦物镜和探测器参数对最小离焦量、灵敏度、精度有决定性的影响。提出了像散透镜系统各光学参数选择的原则和方法,并以德国Silicon Sensor公司的QP50-6型四象限探测器为例,详细分析了离焦量与聚焦误差信号功率的线性关系。这些工作对建立满足应用对象要求的像散法离焦检测系统具有重要的指导意义。

关键词：光学测量离焦检测像散法像散透镜

像散离焦检测系统中光斑能量中心偏移对测量精度的影响

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光学技术 2013年第6期39卷 483-487页

作者：蒋庭佳姜曼阮斌陶振强贾南南郭汉明上海理工大学光电信息与计算机工程院教育部光学仪器与系统工程研究中心上海市现代光学系统重点实验室上海200093

通过推导高斯光条件下像散离焦检测系统中离焦量与聚焦误差信号功率之间的关系,分析了激光光斑能量中心相对四象限探测器几何中心的偏移距离和偏移角对离焦量测量精度的影响及其规律。在此基础上,提出了一种易于实现、能够精确定位四象... 详细信息

通过推导高斯光条件下像散离焦检测系统中离焦量与聚焦误差信号功率之间的关系,分析了激光光斑能量中心相对四象限探测器几何中心的偏移距离和偏移角对离焦量测量精度的影响及其规律。在此基础上,提出了一种易于实现、能够精确定位四象限探测器的实验方法,该方法能够有效地提升系统抗干扰能力和探测精度,减小系统误差,加强系统稳定性。此过程对设计搭建高精度像散离焦检测系统具有重要的指导意义。

关键词：像散法离焦检测高斯光光斑偏移

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像散法离焦检测系统的分析与校准

激光与光电子学进展 2016年第5期53卷 219-225页

作者：陈力王军华徐敏复旦大学光科学与工程系上海超精密光学制造工程技术研究中心上海200438

离焦检测技术的研究是光学加工与检测行业的一项重要课题。像散法由于操作简单、灵敏度高等优点,被广泛应用于离焦检测技术中。然而,基于像散法的离焦检测系统设计有待完善。基于像散法的基本理论,综合考虑系统像面光斑大小合理性和光... 详细信息

离焦检测技术的研究是光学加工与检测行业的一项重要课题。像散法由于操作简单、灵敏度高等优点,被广泛应用于离焦检测技术中。然而,基于像散法的离焦检测系统设计有待完善。基于像散法的基本理论,综合考虑系统像面光斑大小合理性和光学元件可加工性等因素对像散离焦检测系统进行灵敏度分析。设置合适的参数,并使用光学设计软件Zemax对光学元件几何参数进行优化。为了计算实际光斑的能量非均匀与非标准椭圆的性质带来的误差,采用MATLAB对该系统进行光线追迹。根据光线追迹的结果,完成对零信号像面的校准工作,提高了测量精度。

关键词：测量离焦检测像散法光线追迹

激光写入光功率控制及小型化离焦检测技术研究

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激光写入光功率控制及小型化离焦检测技术研究

作者：王超哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

由于激光写入设备加工器件衍射效率高、加工尺寸大、制作衍射器件过程简单及加工精度高等特点,被广泛应用于加工各种衍射光学器件,是加工衍射光学器件的一种重要手段。本课题“激光写入光功率控制及小型化离焦检测技术研究”主要解... 详细信息

由于激光写入设备加工器件衍射效率高、加工尺寸大、制作衍射器件过程简单及加工精度高等特点,被广泛应用于加工各种衍射光学器件,是加工衍射光学器件的一种重要手段。本课题“激光写入光功率控制及小型化离焦检测技术研究”主要解决激光写入设备中的两个关键技术问题,一是针对对激光直接写入光束的光功率不稳定的情况进行控制,达到功率可调并且稳定的目的,二是精确检测激光写入光束焦点与被写入基底之间的距离。本课题研究内容如下: 首先,针对激光写入光束不稳定的问题展开了分析,比较了几种光功率控制方法的优缺点,选择了声光调制器（acoustic optical modulator,AOM）作为执行器件进行光功率控制,并搭配其他合适器件构建了基于声光调制器的闭环光功率控制系统。在此基础上,研究适合本系统的PID控制算法,编写合适的上位机软件,最终解决了激光光功率不稳定的问题。其次,介绍了共焦的传感机理,分析了普通差动共焦及改进型差动共焦的特性及采用差动共焦原理作为检焦手段的优势,在此基础上设计了基于差动共焦原理的小型化检焦装置,在对针孔进行装调过程中提出了一种采用精密三维调整机构与无应力紫外胶配合精确固定针孔的方法,解决了共焦系统中针孔装调固定难的问题,从而最终完成了激光直写设备中检焦装置的研制。最后,设计了相应的实验验证激光写入光功率控制系统和小型化检焦装置的性能,经过实验验证,激光写入光功率控制系统控制光强范围为5-100mW,光强稳定性从未加控制前的±1.2%提高到±0.2%;小型化检焦装置其检焦范围为20μm,分辨率为10nm,两个子系统均达到了设计指标。

关键词：激光直写激光功率控制差动共焦离焦检测

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激光测距机的离焦检测光学系统研究

激光测距机的离焦检测光学系统研究

作者：秦铭泽长春理工大学

学位级别：硕士

激光测距技术作为一项非接触式测量技术,是目前激光技术应用最广泛的方向之一。光电探测器是测距系统的核心部件之一,当光电探测器的定位精度较低时会严重影响激光测距机的性能和精度,因此需要对激光测距机接收端光电探测器进行离焦检... 详细信息

激光测距技术作为一项非接触式测量技术,是目前激光技术应用最广泛的方向之一。光电探测器是测距系统的核心部件之一,当光电探测器的定位精度较低时会严重影响激光测距机的性能和精度,因此需要对激光测距机接收端光电探测器进行离焦检测。现有的离焦检测方法都不适用于已经集成、封装为产品的激光测距机在线测量。为此,本文针对激光测距机接收端探测器离焦量的测量展开了研究和设计。首先,介绍了裂像镜的结构和原理,基于裂像镜提出了一种适用于激光测距机的离焦检测方法,推导出测量原理公式,建立数学模型,给出系统总体设计方案,并选取合适的光学元件,根据实际要求对部分参数进行设计。然后,基于前文所述总体方案,完成整个系统的设计。根据被测系统参数,完成子系统初步设计,然后将它们组合在一起,同时优化;利用ZEMAX软件对此光学系统像质进行评价和温度分析,结果表明在温度范围内各项指标均达到要求,且结构便于实际加工装调;完成此系统有关于光斑中心定位精度的实验,实验结果表明此离焦检测系统光斑中心定位精度约为0.002mm。最后,针对整个离焦检测系统的组成和基本原理,对测量精度进行深度计算和分析,并通过实验完成了对此测量装置样机的检测。实验和分析结果表明,被测系统焦距误差和检测系统焦距误差对离焦检测精度影响较大,并且裂像对焦屏顶角越大,被测系统焦距与检测系统焦距之比越小,离焦检测精度越高;实际误差接近理想值,且离焦量越小离焦检测精度越高,符合装调测量习惯。

关键词：离焦检测裂像镜精度分析激光测距机

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差动像散离焦检测技术研究

差动像散离焦检测技术研究

作者：潘萍哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

激光直写机是制作衍射光学器件的关键设备,其系统的基本结构主要由H e-Cd激光器、声光调制器、伺服控制系统、投影光刻物镜、CCD摄像机、离焦检测系统、控制计算机等单元构成。离焦检测系统是其中的核心单元之一,实时的为伺服控制系统... 详细信息

激光直写机是制作衍射光学器件的关键设备,其系统的基本结构主要由H e-Cd激光器、声光调制器、伺服控制系统、投影光刻物镜、CCD摄像机、离焦检测系统、控制计算机等单元构成。离焦检测系统是其中的核心单元之一,实时的为伺服控制系统提供工件表面离焦量,通过伺服控制系统的调整使直写机的写入光斑能够精确聚焦于光刻胶表面,从而保证刻蚀质量。离焦检测系统安装在激光直写头上,被伺服机构驱动后随直写头一起移动,为了避免伺服机构负载过大而产生惯性作用影响系统动态工作特性,要求离焦检测系统在体积和重量上都尽量小。课题“基于差动像散原理的离焦检测传感器”的目的在于设计一种高精度、小型化且实时性好的离焦测量传感器。本文在分析现有离焦检测方法优缺点的基础上,结合实际应用背景,确定了差动像散检测的方案,从系统的整体设计入手,确定了关键环节——光路参数、机械结构、光电转换、数字处理、测试系统软件平台的设计方案;根据激光束光学建立的差动像散法光学系统的数学模型,用ZEMAX和MATLAB进行了仿真分析,通过对比柱面镜焦距、物镜与柱面镜之间的距离等不同光路参数对聚焦误差信号(FES)的影响,设定了光学系统的参数;根据各个光学元器件的尺寸和仿真分析结果设计了小型化、高精度的机械结构,采用胶接技术实现了机械组件的高精度安装定位。对系统的硬件和软件部分分别进行了优化设计以实现快速、高精度的信号处理。硬件部分主要是在实现光电转化、信号调理和模拟滤波、AD转换、CPLD协助DSP控制等功能。软件部分主要包括数据采集、数据处理和数据通信三部分,并使用IIR数字滤波和中值滤波降低了噪声干扰,其中还包括软件功能优化和性能优化。在以上研究工作的基础上,搭建了光学实验平台并进行了实验测试,重点验证TMS320F2812DSP数据处理芯片在对系统检测精度上效果和采用数据插值方法在对扩大量程范围上的效果,实验结果表明测量灵敏度80nm,量程60μm,满足激光直写机的性能要求。

关键词：离焦检测差动像散 IIR滤波机械设计

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像散法离焦检测的光学设计

像散法离焦检测的光学设计

上海市激光学会2013年学术年会

作者：朱泽玮隋国荣上海理工大学光电信息与计算机工程学院

为了实现高精度的离焦检测,通过理论研究,确定了基于像散法的检测方式。设计了相应的光学系统,利用仿真软件对设计参数和关系进行了仿真,确定了影响探测精度、灵敏度以及干扰的因素,并设计了光学系统,对实现高精度像散法离焦检测产生指... 详细信息

为了实现高精度的离焦检测,通过理论研究,确定了基于像散法的检测方式。设计了相应的光学系统,利用仿真软件对设计参数和关系进行了仿真,确定了影响探测精度、灵敏度以及干扰的因素,并设计了光学系统,对实现高精度像散法离焦检测产生指导和实际意义。

关键词：像散法离焦检测软件仿真参数设计

来源： cnki会议评论

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基于三光斑的激光束离焦量实时检测方法

红外与激光工程 2019年第8期48卷 5-9页

作者：王禹苏郭建增任晓明刘现魁赵海涛牛志峰王振华中国船舶重工集团公司第七一八研究所

为了提高强激光系统中输出光束的光束质量,提出了一种利用三光斑来探测离焦的方法,该方法能够在探测器上横向探测光束轴向上三处位置的光斑尺寸,通过三光斑间的尺寸关系可计算出光束的离焦量,进而根据离焦量进行闭环校正。实验中通过调... 详细信息

为了提高强激光系统中输出光束的光束质量,提出了一种利用三光斑来探测离焦的方法,该方法能够在探测器上横向探测光束轴向上三处位置的光斑尺寸,通过三光斑间的尺寸关系可计算出光束的离焦量,进而根据离焦量进行闭环校正。实验中通过调节整形系统对光束的离焦量进行离焦补偿,使得光束离焦量从(4.9±0.2) mm校正至(0.3±0.1) mm。实验结果表明,该方法结构简单,能够测量各种因素引起的强激光的发散会聚度,给出了离焦补偿的可靠判据,为解决强激光热效应造成的光束发散提供了一种新方法。

关键词：三光斑高能激光离焦检测闭环校正