自动调焦技术课件.ppt

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1、精密仪器设计DesignofPrecisionInstrument本章内容：§6.1调焦技术概述§6.2自动调焦类型§6.3自动调焦方法§6.4调焦技术应用第六章自动调焦技术自动调焦（Autofocus）技术是精密仪器中提高仪器精度的重要手段，有着广泛应用。目的——建立统一评价标准，快速获得高清晰度图像。调焦——沿光轴方向调整位置（1DOF）；调平——调整成像平面与光轴垂直(2DOF)。§6.1调焦技术概述调焦精度——0.1m调焦范围——40m调平精度——0.1m/2424mm2“86

2、3”重大专项“集成电路制造装备”—下一代光刻机超精密工件台原理——如图所示，由几何光学基本概念——1.分辨率减小波长λ减小系数k值提高数值孔径NA提高折射率n提高分辨率措施——激光束物镜SIL近场间距核心技术：◈光学系统设计◈近场间距控制深亚微米飞行系统研究相移掩膜技术（PSM）2.焦深按不同标准进行分类——调焦方法手动——人眼检测，手动调整，效率低，精度差自动——自动检测、自动调整；效率高，精度高，结构复杂，成本较高调焦原理直接——对焦点及其偏差的直接检测间接——对物面到透镜的距离检测离焦信息直接检

3、测象边缘的光强分布——检测离焦信息把理想成像物面作为参考面——检测相对信息自动调焦§6.2自动调焦类型自动调焦类型1.喷嘴－挡板原理一、气动调焦§5.3自动调焦方法上式是喷嘴形状为理想状态得到，实际喷嘴有一定壁厚，需要考虑喷嘴形状对测量气压Pm影响。！气压－间隙关系曲线用以上公式设计环形喷嘴－挡板机构传动比，与实验结构十分接近。1--计算值2--实际值2.气动自动调焦仪设计——平面度检查系统＋自动跟踪调焦系统（1）设计原理P0Pm>>>>喷嘴挡板1气动中继器——气电中继器——气动中继器气电中继器喷嘴挡板2（2

4、）设计内容微动台——采用弹性膜工作台设计指标——刚度、灵敏度、线性范围影响因素——波纹形状、尺寸、厚度及固定方式微动台位移平行度——与膜片加工、热处理及固定方法的对称性和均匀性有关。过滤器——使压缩空气干燥清洁，防止污染和堵塞。原理——气流旋转分离出水分并凝结，干燥气体从滤清材料1进入内腔，从出气口流出。材料——毛毡、铜网、过滤纸、活性炭等。稳压器——输出较恒定的工作气压。原理——进气压升高－>膜片变形－>杆4提高－>球形阀门5进气减少－>气室II、III压力下降－>恢复平衡。组成——气体－气室I

5、－球形阀门－气室II－小孔－气室III(密封)喷嘴环形单孔，一般使用三个单孔喷嘴种类——先按照普通圆形喷嘴挡板系统来估算流量和元件主要参数，以供选择各种定值器、阀门和过滤器等标准部件的容量。流量计算流量计算公式——二、斜光束自动调焦1.工作原理2.光电转换与信号处理组成——显微物镜L2振动狭缝s光电接受器D原理——采用正弦驱动狭缝振动并对刻线标记的二次象进行扫描。单管相位式光电显微系统刻线象完全偏离狭缝——光电信号为恒值，与照明强度有关。刻线象在狭缝范围内——光电信号为“钟形脉冲”。狭缝被刻线

6、完全遮盖——理论上光电接收器输出为零。光电信号——由于刻线对比度等原因，钟形脉冲顶端不为零，而相邻的脉冲在相位上分割了狭缝振动的周期T。经过整形、放大后可以得到一个矩形脉冲系列。光电信号矩形脉冲占空比——>象面离焦量大小三、象散法自动调焦1.原理——利用象散光束形状随离焦变化进行自动调焦2.调焦误差△I——反映了被测物面离焦的情况。！光束焦点偏离量3.控制系统反馈系统执行元件——音圈电机精度——1μm(软铁1+永久磁铁)－>线圈4－>电流－>电磁力－>物镜移动－>反馈系统四、比相法自动调焦1.原理——检测

7、光波相位来进行自动调焦焦前：C1相位超前正焦：C1、C2同相位焦后：C2相位超前2.焦前、正焦和焦后3.C1，C2光照度4.E1(t)与E2(t)的相位差5.离焦量与相位差的关系五、图像处理法自动调焦原理——对成像质量进行图像处理以实现自动调焦；优点——结构简单，精度较高；缺点——评价参数确定较困难；核心问题——确定合适的评价参数。理想条件下评价参数满足条件：无偏性——物平面与对准平面重合时参数取极值，ε=0。单峰性——调焦范围内只有一个极点。极性——反映离焦的正负方向，便于控制。重复性——判据函数应

8、具备较陡波峰，即υ要小。可调性——单调区间要大以保证调焦范围，即η要大。耐用性——对光强波动、图象噪声等不过分敏感。图像处理法——1.阈值积分法2.高频通带法3.微分法原理——在离焦情况下，对成象模糊程度进行判断，获取离焦信号，经过电路处理得到不同图象灰度分布。规律——正焦时灰度值最大，离焦时灰度下降。1.阈值积分法曲线I清晰度优于曲线II，离焦退化造成灰度平均化倾向减少了阈值ψ之上的灰度和。图