1、偏心光束法調焦在顯微測量中的應用學院：自動化學院 年級：14070102 姓名：赫 婷 婷 學號：2011040701052【 摘要 】顯微系統的自動調焦是實現高精度測量的重要技術。采用偏心光束 法，以 半導體激光器作為光源 ， 激光束與主光路光軸偏心入射到顯微系統中， 離焦 引起反射光位置改變而獲得離焦信息，用二象限硅光電池接收，光電信號經 差 分放大、微機處理，功放后，驅動直流電機拖動微動工作臺進行離焦量補償，從 而實現顯微系統的自動調焦。實驗結果表明：在離焦1 0 0 0 M m范圍內，達到 0.1m精度。關鍵詞 】激光束 自動調焦 離焦量正文 】、引 言自動調焦技術是光學儀器中一項重要

2、技術。關于自動調焦技術的專利和論 文，從7 0年代開始出現，其中大部分用于照相系統，由于顯微系統焦深范圍小， 公差范圍更小且工作距離很短，要求調焦精度高，故是一項難度較大的課題。近年來科學技術的進步，對測量儀器提出高精度、自動化的要求。顯微系統 除本身光學系統成象質量的優劣直接影響測量精度外，調焦精度也往往很大程 度上影響測量精度，尤其是不同時間的重復測量往往由于調焦不一致，而造成較 大的測量誤差，因此研究顯微系統自動調焦技術是亟待解決的課題。二、主要內容原理偏心光束法光路原理：借助被測物體反射光束，用光電系統檢測離 焦后光束發生偏離來實現制動調焦。如圖 1 所示：激光束與主光路光軸以偏心 量

3、 s 平行入 射，經顯微物鏡后成象于焦平面 M 點上，反射后經顯微物鏡、輔助 物鏡成象于象平面點M 上，M點與M 點為物象共軛點。當被測平面偏離 焦平面6時，那么M點在理想象面上發生橫向位移土。假設光學系統是 理想的光學系統，可推導出6與厶的關系，根據幾何光學可知：式中， u 為光線入（反）射角， f 為顯微物鏡焦距。當離焦量（檢測面與焦平面的偏離量）為6 時，則光點 M 在焦平面上移動到N,貝U其象點在接收面（象平面）上的位移量為式中，6為離焦量，程為光學常數，P為光學系統橫向放大率。由式 ( 1 ) 可見，接收面上光點沿垂直于光軸方向的位移量與離焦量大小 成正比。十分復雜，處理電路復雜，調

4、試困難，且受反射特性影響較大，但成本較高，可 靠性低；但初始位置由人設置，可能有系統誤差。優點：調焦時間短，可實現實時跟蹤，其精度較高，調焦范圍較大。在實際中應用非球面檢測中偏心光束法對焦系統設計aa圖4 tt面平凸透鏡胸球矢PED探測豁 UIB 6yG22iiFAD62Q-| -i-l 2(J22U4UA7412_r1-偏心光束法內光路的顯微系統自動調焦方法，是一種分辨率高、調 結構緊湊的自動調焦方法。推導出的偏心光束法的理論公式不但適于筒長無窮遠“口、二“山停承2亠、,4亠的特點。T焦精度達土 0.1um，工作穩定可靠，能能滿足各種高 打泅 丄C4 I. 丁 佔 uF1 .大、2 .筒長有限遠的物鏡，3 . 調焦范圍1000 精度顯微測量系茱范圍廣到m, 要求,rA【參考文獻】-(1 )薛實福、李慶祥編