STC89C54单片机PSD的光点移动量测量系统的研究(2)
3.3.1 PSD光电位置探测器原理 11
3.3.2 基于PSD的干涉条纹移动量检测方法 12
4 实验系统设计 14
4.1 条纹检测电路设计 14
4.1.1 PSD光电探测器 14
4.1.2 I/V转换放大电路 15
4.1.3 低通滤波电路 16
4.1.4 加减法电路 17
4.1.5 判向电路 17
4.1.6 位移测量电路 18
4.2 单片机编程显示电路 20
5 实验结果及分析 23
5.1 PSD位置传感器测量 23
5.2 滤波电路特性分析 23
5.3 放大电路频率响应 25
5.4 单片机编译显示结果 25
结 论 27
致 谢 28
参考文献 291 绪论
1.1 课题研究背景
现代光学制造产业的迅猛发展与光学检测技术的不断完善和更新是密切相关的。传统的光学干涉检测是采用目视或照相方法对干涉条纹进行估读，根据干涉条纹的变形来评价被检波面的面形误差(波差)或被检光学系统的成像质量。一般地，目视估读精度为λ/10，而且所估读的条纹变形还包含了干涉仪自身的系统误差，并非完全是被检波面的实际误差。采用照相方法记录干涉条纹，在照片上通过寻找每条条纹的中心位置来评估条纹的变形，可以把波差的判读精度提高到λ/20一λ/30，但这种评估方法实际仍包含干涉仪的系统误差及照相物镜的畸变。另外，在干涉测量过程中大气扰动、环境振动等随机影响也会引入误差，这些误差限制了传统光学制造工艺水平的进一步提高。20世纪70年代以来，由激光技术、电子学、计算机、精密机械与传统干涉仪的结合产生了移相干涉仪，与传统的光学干涉测试技术相比，移相干涉仪采用了数字波面相位检测技术【1.2】，它的特点是:
⑴ 采用相位直接检测技术。在干涉光路中引入附加的相位调制(移相)，用CCD固体摄像机来接收经相位调制的干涉场，相应的光电信号经A/D变换后进入计算机;计算机对干涉场信号作实时处理，由此得到被检波面的相位，系统有很高的相位分辨率。
⑵具有可靠的高精度。通过计算机存储干涉仪的系统误差并进行波面相减，可消除系统误差。同时，利用多帧移相干涉图的采样平均抑制直流漂移，将外界干扰的随机噪声降至最小，测量具有很好的重复性，能实现优于λ/100的测量精度，放宽了对干涉仪系统误差的限制。
⑶测量速度快，整个检测过程一般只需几分钟。通过计算机处理，被检波面的相位可用等高线图及立体透视图显示出来，还可提供被检波面的波差峰谷(PV)值、均方根(RMS)值以及Zemike像差系数等，操作十分方便。
由于移相干涉仪对波面的分析精度可达λ/100，而且精度与被测孔径内的光强和条纹对比度的变化关系不大，并且能以不同的结构形式应用于不同的环境，因此，移相干涉仪在高精度光学检测中占据了非常重要的地位。目前，移相干涉仪的低成本和高可靠性使多数光学制造企业和科研院所都具有用微计算机来实时自动分析干涉图的能力，这大大拓展了测试范围，提高了测试效率，促进了现代光学制造水平的提高。