基于 4f 光学系统的周期性结构微小形变检测
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TH744

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国家自然科学基金(61875237, 61975019,61605011)、北京市教育委员会科技计划重点项目(KZ202011232050)、北京市属高校建设支持计划 2022 年度优秀青年人才项目(BPHR202203227)资助


Periodic structure micro displacements detection based on the 4f optical system
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    摘要:

    为了快速、直观地检测出周期性结构的微小偏移,提出了基于 4f 光学系统的周期性结构微小偏移检测方法。 首先使用 VirtualLab Fusion 光学仿真软件进行理论研究,建立预设偏移的周期性微结构模型,构造了光学传递函数,利用 4f 空间滤波方 法,获得与周期性微结构对应的像面幅值图。 经分析得出在透明基底的周期性结构中,不论尺寸大小,若偏移量在相邻特征尺 寸间距的 80% 范围内,经拟合后幅值变化与微结构偏移量呈线性关系,且幅值变化位置与微结构偏移位置一致。 依据仿真的光 学系统参数搭建了实验系统,实验结果与仿真一致,并且该套系统可以实现 3. 4 mm×2. 6 mm 的测量视场,分辨率能达 5 μm,能 够实时快速地对周期性结构材料进行位移或缺陷检测。

    Abstract:

    To quickly and intuitively detect the small offset of periodic structures, a 4f optical system-based method for detecting the small offset of periodic structures is proposed. Firstly, the VirtualLab Fusion optical simulation software is used for the theoretical study to formulate the model of periodic microstructure with preset offset, construct the optical transfer function, and obtain the image plane magnitude map corresponding to the periodic microstructure by using the 4f spatial filtering method. The analysis shows that in periodic structures of transparent substrates, regardless of size, if the offset is within 80% of the spacing between adjacent feature sizes, the fitted amplitude change is linear in relation to the microstructure offset and the location of the amplitude change is consistent with the location of the microstructure offset. The experimental system is established based on the simulated optical system parameters, and experimental results are consistent with the simulation. The system can achieve a measurement field of view of 3. 4 mm×2. 6 mm and a resolution of 5 μm, which is capable of real-time and rapid displacement or defect detection of periodic structural materials.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

张 帆,樊文强,朱 疆,祝连庆.基于 4f 光学系统的周期性结构微小形变检测[J].仪器仪表学报,2023,44(3):16-24

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  • 在线发布日期: 2023-07-11
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