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文档简介

1、No 2 iWx m *«JOURNAL OF TIANJIN UNIVERSITY激光干涉自动调焦原理和方法张凤林刘铁报戎进田赵彤(M*仪尬程豪*«««+/>!» fi 魚的才上.6令从千莎*飲中取稈丸年JML的S*仕色4d*CCD JttB#. 輒.乡竝电伉 爼戍的丄电*It科書邁厅测*$><袞现鸟承厲久诅什力“卯巴有的義英豪比厦 轲比.««.有较為的*朗&关: 乂千莎千P©OPTICAL AUTOMATIC FOCUSSING BY LASERWAVE INTERFERENCEZlm

2、«Fq 血 Uu Tieceii WaJtaKun ZhaoT<M«(Dept of Precision ImcmmcDis Eninccnng)Abetr»ct Oplxal auiomniK fociMmf baud oq buct hgh< wuve iourfmiMX n doenbod so ths papa The procedure b as foUows: to iruoorm (he oplicaJ syslcm mk> a part of ao inicr (crcncc optcaJ lyvlcm The focusum i

3、nforxxuiioD can be rcineval from icucrfcrofraim, the onl of foeuwAg iAlbruulion can be dcicclcd and oompematod with the opusHecgac lylcm comBiinn of CCD. a microcomputer «nd steppermotor The method a difkrcni from tbe exsisi- ing ones web as corrcUalion method and oo nt rail response charactcns

4、lic. The focimuig accun- cy 0 hifk. easy 10 pul into prxnicc aod 3 potcntal appiicaiionsKey wwis hter wsw tefterfcreoc*,setMBnc 佃 rhg刊着半片体及光刻技术的发展.ci/潰焦技术得到发展.Hsftjt电n动魚和气动n 动术光电(1功醫饑包括相关旅和对比度检测袪.它n有一定调編廉度.但对丸 电信号的处理比较复杂本文百次捷岀一斡根塞尢怫慷理进行自q鶴的方法.说方 法庄技术上£丁实现.辅度和4«f«比校a用毘久光做光夕焦構度侃不大于 0.22

5、/im.这种技术适用于机械筒长无股大的SAttU及类假的比学晟fit.人 加 大 常 字 酬戟2«|I调焦原理以机MWK无限人的锻力*h亭万怯兄学系烧左Jtf» tffl I)的特祥星期检勺精 助債配合使用玮想悄况厂HJfuft分别位卜物檢的削焦41和H時物檢的心廉面樹 辅助输*2何的域像光束为T4朮.捞体位十物俊航蕉鹵时渋廉是使停dhltU位十精 助麻储由的£1程即诙从Xtfq为斤慙的*卩血图I中.3为蔚血人为其傩P亠为 辅助務fit Z为KftB'; O为初tii. /为惊血.图2为采用r»»»对国I质示主尢殆实現白动魚的

6、Jt恪图 K4-和L;mt£Sf MIK的Jl路O为初面/为理想烬平面5t«»BSr BS?以及廉尢扩来枝和带 Attk. L4)t-r元件.miAf涉解境;HlNc滋尢目为兄mCCDi«件为)t电接收 代时.尢東经bL扩MtL.经过BSWGfll转90 '角传庄BS,处分 为购束一束透过BS:0CP.经M反妨后沿原允踣返回*4ii BS, £人射到CCD 上 成为另一束绘RS:反射(H转 W 角传ML WL. WlkrtWltiiart的处卜 事惊点町視为尢点蛭位卩焦面附近戒焦41上的*血反射(处穴一般为尤希&血町視为 平dn

7、lft.如金相试緋的4i面.羁滋胶片衣励丸剧半甘体衣矗笔)成为匚冉次成懂的病 点.由它发射的尢求沿压Jt踣运阿.常材農魚涪XL竝BS6U怕作为務尢&宀$考比厶 WV.庄CCD接收面上可岀现涉歼光殆中的“伫做CP址为倉除心和厶的不対称 设置的(采用5色尢时CPoJ以省左.通过*整葫尢束在空V中的仃出大小来卄代)莎 歼的舵状与鸿焦状态右艾爲焦対I涉阳为那&环状恵略相曲訥係列网心环当*血 Q近匚焦*)(理想停血位).十涉歼半住和条纹寛度大变寛;t*it好in対*ilU 时涉环消尖觇场来厦变成均匀的很撫I衿图变化悄况可对主比路的州統状态判 谀.卜曲#岀曳您*与卜涉环1T2有关的关条图3

8、为实际XJ0的耳 效转折尤略黒曲的參芳比&乂平行尢具渡血方程为E. V""R为大小.K = 2k/x为渡tt Z为室杯原点(可逸匚博力左点力W你廉们1993 <r 3 J)总兄愣"0期第茅用和方注 45 FlttflftttCCD平Ift的朮丹.乙为I莎)1浪初靳尢R杀有关的常轧 其及BS: fl L,的亚离之羌值人小件丸 它的人小对穆开形状无骼响与I穆的刃一束 )1 £>当偉面h与靈血不咐合时(未阴到用想Wtfc时)为球面波.吕中沿尢细的尢线经过 匚M炖h反射返河透过匚列达CCD2牧贡的光程为亦 + 础)4 2Dt(n* l)+ Z

9、(2)氏中.血为僮面人用开廉面(图示为佩点外務空的情形)的肿薦久为MttL(中心的折合 ”度并为材鏡匚的玻聘忻"亨为力便计图3中鞫憧耶分以转折)t>»代簣实床尢路 并以®线育岀.列达CCDJt牧|fc上的离轴尢线比沿光Wi (£幢)尢线少一光fid.如图4 所示.其尢覆号沿尤釉的兄收亠肖F迷关系2严d由田4可鮒“尺-心实际应用中./P冷0 +丿叫 触*近<1关 叙心宀 沪w RQ- *;厂、所以d可化简为I式中R力ccDift上乳尸点的克线列球面渡隊心的药厲.即半衿其璋面液球心 魚点处成的a«.经/面反射.再炖。所成的停FSitw

10、«A««rw以便计W/?. ttL,的点像经/反射成为L、第二次阪a的希点.£Li像点八的和离为”卅图3).经L,序成似点2位由烏斷公式有III厂-二(6+力脑3177 *天 沧 大 *»(5)(6)厂即璋面渡民的璋心到Li上賀的距再.解上式得CCD«收面列璋心的曲离R为R W像面/在焦面附近吋/值很大,£代人(4)式并化简冯7际丽5需上式代入(3)式.并化簡碍Z-曲玉Z面lx ft*面附近时砒刀可崎上Mh 八项.有Am* ""并U 弘+ z(8)其中z=m+26(” i)+z 为因子.由此.o Ei的a

11、t动方思可写为£:= E.npi女円片八础* Z(9)式中 H-xJ+y ftCCDfttt面1的合成阪嶼为民+由(0- (9) A式丹E* = Ei + Ei £(.exfy *(Z+ Zo)+ E“ex审 &(歹灵 厂 e 时 乙) (10) ftCCDfl上比冬为£“ 林.星号滋示复Jttt.剧光强分布公式为f E儿8$号円; M+ Z;)(II)式中Z;为勻干穆环形状无关的MWniWf.由(H)式可知CCDift!上愣图的等相线 为一廉列同心BG环.圧近中心榊邻环间距大.由中心往外.环OTftft当小 即简调何魚as时.干涉开半艮及其何Ik逐渐变大

12、环半检町达几E/n育利T判读刍匱正好到焦*仁从一o.由(IDX# / 儿8巧(ZJ 達时V涉图3«E« 度均匀的復场.无涉条咬.据上述分析.不同的鳥焦状杰有与H焦弘一一对应的涉虧形人眼或曲机Q通 过光电转檢)可记读通过廉位移机面的移动町以真现调廉由于敢尢 干悌对微小位为科很髙的反应灵敏度所以这种焦方n斗ft敢真2 jflflM度及步进希度11度佩时.通过橄位移机构改变俅建收面的位«WF涉环的形状当干涉环消 失.光乞分布均匀时灰期按收面巳位但这处環念情况实际上对 龙11均匀.分布的料斷无论人BI或尢电群件总存庄一定容限很可菟片砧尚未为*而衿 于与*很樣近的報徂时干涉

13、图上的光金分布狀啟判断为均匀,f 诙弘为为廉课iwj 3 nH.据瑞利判JK当卡秒图上比佞故人伯/皿与克強凰小fill*之比小J- 1: 0.8 B4就认 为光张分布均匀了.这时对比度"0,h这样人小的炖比度 人眼容桩识别.设物镜的孔轻为。则F滞环的MXftt为学 r涉图中心了 0处的尢徑定为儿 由(II)式得/儿心于(咖+z;) 时上述判!KI 处的 光»/>0 8Zf时认为尢理分布已均匀.则得/ocm2j(yy 6h Z;)= O.8/tcm14(M/r+ Zi)(12)式中,取值范!fl为。5/2.求鱗直足上式的ShZiA小值.就是强焦课幷用度通过 帝故分析壊用

14、(13)AtrwsVoT加)2式中N4二于上.MWm的数值孔NA «A.调您梢度«a.调焦采 光專时 2=O632 8x若 N*=0 6S.則由(13)式算用"v ± 0.22pm.而AM = 0.65的物镜的Ri»( WifttS)为A/-羽茁T - 0.75/ifn,町见调魚精度«0.22mii小于其最ft!.横足成淸略停的豪求缴尤干莎M蕪備大课瓷与相应物tftltt* 之比利F述一般关系式bh .亠 2arcoos/ .8 亦 土±03(14)2.2演備步进度M««环(或畴环).由(II)式有号(岑

15、产 血+ Z;)E或叶卜刑界取»«0. ± 1. ±»次的聲环.有扌(歹;?八 血+Z;)(+ Dm.两式IHML可存出備时干涉图中泉处毎移过一个亮环对应的俅樓收面的移动为弘血 y?/(2<?-H)(1$)干涉图中心八0.木“h-6h +衣厨灣療时若以CCD面上毎从1涉环中W岀或收0个I涉环为判读依据.MMMM度为扌.采用MUimJt, A0 632 8 x 10 Jmm.则步进廉厦为0"m式(II) «U|面/衣b廉面外崗魚计算而得.內离焦有同样結!R.3自动*焦系统组成«)t涉fl动调焦的(#理低图如图5示.票统廉图如图6示 « k 沖 人 学 7 捺«2IW厂MS 54实验与结论上用上述腐做方法进行了白动测魚丈腔图7为伸接收囲/位于焦点外 6"m时拍撮的ffl 8为/位J *41上时拍損的i涉图图9为/位F焦点内 9“m时的涉图实丸中偉雄枚

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