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1、偏心光束法调焦在显微测量中的应用学院：自动化学院 年级：14070102 姓名：赫 婷 婷 学号：2011040701052【 摘要 】显微系统的自动调焦是实现高精度测量的重要技术。采用偏心光束 法，以 半导体激光器作为光源 ， 激光束与主光路光轴偏心入射到显微系统中， 离焦 引起反射光位置改变而获得离焦信息，用二象限硅光电池接收，光电信号经 差 分放大、微机处理，功放后，驱动直流电机拖动微动工作台进行离焦量补偿，从 而实现显微系统的自动调焦。实验结果表明：在离焦1 0 0 0 M m范围内，达到 0.1m精度。关键词 】激光束 自动调焦 离焦量正文 】、引 言自动调焦技术是光学仪器中一项重要

2、技术。关于自动调焦技术的专利和论 文，从7 0年代开始出现，其中大部分用于照相系统，由于显微系统焦深范围小， 公差范围更小且工作距离很短，要求调焦精度高，故是一项难度较大的课题。近年来科学技术的进步，对测量仪器提出高精度、自动化的要求。显微系统 除本身光学系统成象质量的优劣直接影响测量精度外，调焦精度也往往很大程 度上影响测量精度，尤其是不同时间的重复测量往往由于调焦不一致，而造成较 大的测量误差，因此研究显微系统自动调焦技术是亟待解决的课题。二、主要内容原理偏心光束法光路原理：借助被测物体反射光束，用光电系统检测离 焦后光束发生偏离来实现制动调焦。如图 1 所示：激光束与主光路光轴以偏心 量

3、 s 平行入 射，经显微物镜后成象于焦平面 M 点上，反射后经显微物镜、辅助 物镜成象于象平面点M 上，M点与M 点为物象共轭点。当被测平面偏离 焦平面6时，那么M点在理想象面上发生横向位移土。假设光学系统是 理想的光学系统，可推导出6与厶的关系，根据几何光学可知：式中， u 为光线入（反）射角， f 为显微物镜焦距。当离焦量（检测面与焦平面的偏离量）为6 时，则光点 M 在焦平面上移动到N,贝U其象点在接收面（象平面）上的位移量为式中，6为离焦量，程为光学常数，P为光学系统横向放大率。由式 ( 1 ) 可见，接收面上光点沿垂直于光轴方向的位移量与离焦量大小 成正比。十分复杂，处理电路复杂，调

4、试困难，且受反射特性影响较大，但成本较高，可 靠性低；但初始位置由人设置，可能有系统误差。优点：调焦时间短，可实现实时跟踪，其精度较高，调焦范围较大。在实际中应用非球面检测中偏心光束法对焦系统设计aa图4 tt面平凸透镜胸球矢PED探测豁 UIB 6yG22iiFAD62Q-| -i-l 2(J22U4UA7412_r1-偏心光束法内光路的显微系统自动调焦方法，是一种分辨率高、调 结构紧凑的自动调焦方法。推导出的偏心光束法的理论公式不但适于筒长无穷远“口、二“山停承2亠、,4亠的特点。T焦精度达土 0.1um，工作稳定可靠，能能满足各种高 打泅 丄C4 I. 丁 佔 uF1 .大、2 .筒长有限远的物镜，3 . 调焦范围1000 精度显微测量系茱范围广到m, 要求,rA【参考文献】-(1 )薛实福、李庆祥编

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