激光干涉自動(dòng)調(diào)焦原理和方法講解

1、No 2 iWx m *«JOURNAL OF TIANJIN UNIVERSITY激光干涉自動(dòng)調(diào)焦原理和方法張鳳林劉鐵報(bào)戎進(jìn)田趙彤(M*儀尬程豪*«««+/>!» fi 魚的才上.6令從千莎*飲中取稈丸年JML的S*仕色4d*CCD JttB#. 輒.鄉(xiāng)竝電伉 爼戍的丄電*It科書邁廳測*$><袞現(xiàn)鳥承厲久詛什力“卯巴有的義英豪比廈 軻比.««.有較為的*朗&關(guān)： 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刊著半片體及光刻技術(shù)的發(fā)展.ci/潰焦技術(shù)得到發(fā)展.Hsftjt電n動(dòng)魚和氣動(dòng)n 動(dòng)術(shù)光電(1功醫(yī)饑包括相關(guān)旅和對比度檢測袪.它n有一定調(diào)編廉度.但對丸 電信號(hào)的處理比較復(fù)雜本文百次捷岀一斡根塞尢怫慷理進(jìn)行自q鶴的方法.說方 法莊技術(shù)上£丁實(shí)現(xiàn).輔度和4«f«比校a用毘久光做光夕焦構(gòu)度侃不大于 0.22

5、/im.這種技術(shù)適用于機(jī)械筒長無股大的SAttU及類假的比學(xué)晟fit.人 加 大 常 字 酬戟2«|I調(diào)焦原理以機(jī)MWK無限人的鍛力*h亭萬怯兄學(xué)系燒左Jtf» tffl I）的特祥星期檢勺精 助債配合使用瑋想悄況廠HJfuft分別位卜物檢的削焦41和H時(shí)物檢的心廉面樹 輔助輸*2何的域像光束為T4朮.撈體位十物俊航蕉鹵時(shí)渋廉是使停dhltU位十精 助麻儲(chǔ)由的£1程即詼從Xtfq為斤慙的*卩血圖I中.3為蔚血人為其儺P亠為 輔助務(wù)fit Z為KftB'； O為初tii. /為驚血.圖2為采用r»»»對國I質(zhì)示主尢殆實(shí)現(xiàn)白動(dòng)魚的

6、Jt恪圖 K4-和L；mt£Sf MIK的Jl路O為初面/為理想燼平面5t«»BSr BS?以及廉尢擴(kuò)來枝和帶 Attk. L4）t-r元件.miAf涉解境；HlNc滋尢目為兄mCCDi«件為）t電接收 代時(shí).尢?hào)|經(jīng)bL擴(kuò)MtL.經(jīng)過BSWGfll轉(zhuǎn)90 '角傳莊BS,處分 為購束一束透過BS：0CP.經(jīng)M反妨后沿原允踣返回*4ii BS, £人射到CCD 上 成為另一束繪RS：反射（H轉(zhuǎn) W 角傳ML WL. WlkrtWltiiart的處卜 事驚點(diǎn)町視為尢點(diǎn)蛭位卩焦面附近戒焦41上的*血反射（處穴一般為尤希&血町視為 平dn

7、lft.如金相試緋的4i面.羈滋膠片衣勵(lì)丸劇半甘體衣矗筆）成為匚冉次成懂的病 點(diǎn).由它發(fā)射的尢求沿壓Jt踣運(yùn)阿.常材農(nóng)魚涪XL竝BS6U怕作為務(wù)尢&宀$考比厶 WV.莊CCD接收面上可岀現(xiàn)涉殲光殆中的“佇做CP址為倉除心和厶的不対稱 設(shè)置的（采用5色尢時(shí)CPoJ以省左.通過*整葫尢束在空V中的仃出大小來卄代）莎 殲的舵狀與鴻焦?fàn)顟B(tài)右艾爲(wèi)焦対I涉陽為那&環(huán)狀恵略相曲訥係列網(wǎng)心環(huán)當(dāng)*血 Q近匚焦*）（理想停血位）.十涉殲半住和條紋寛度大變寛；t*it好in対*ilU 時(shí)涉環(huán)消尖覘場來廈變成均勻的很撫I衿圖變化悄況可對主比路的州統(tǒng)狀態(tài)判 諛.卜曲#岀曳您*與卜涉環(huán)1T2有關(guān)的關(guān)條圖3

8、為實(shí)際XJ0的耳 效轉(zhuǎn)折尤略黒曲的參芳比&乂平行尢具渡血方程為E. V""R為大小.K = 2k/x為渡tt Z為室杯原點(diǎn)（可逸匚博力左點(diǎn)力W你廉們1993 <r 3 J）總兄愣"0期第茅用和方注 45 FlttflftttCCD平Ift的朮丹.乙為I莎）1浪初靳尢R殺有關(guān)的常軋 其及BS: fl L,的亞離之羌值人小件丸 它的人小對穆開形狀無骼響與I穆的刃一束 ）1 £>當(dāng)偉面h與靈血不咐合時(shí)（未陰到用想Wtfc時(shí)）為球面波.呂中沿尢細(xì)的尢線經(jīng)過 匚M燉h反射返河透過匚列達(dá)CCD2牧貢的光程為亦 + 礎(chǔ)）4 2Dt（n* l）+ Z

9、（2）氏中.血為僮面人用開廉面（圖示為佩點(diǎn)外務(wù)空的情形）的腫薦久為MttL（中心的折合 ”度并為材鏡匚的玻聘忻"亨為力便計(jì)圖3中鞫憧耶分以轉(zhuǎn)折）t>»代簣實(shí)床尢路 并以®線育岀.列達(dá)CCDJt牧|fc上的離軸尢線比沿光Wi （£幢）尢線少一光fid.如圖4 所示.其尢覆號(hào)沿尤釉的兄收亠肖F迷關(guān)系2嚴(yán)d由田4可鮒“尺-心實(shí)際應(yīng)用中./P冷0 +丿叫 觸*近<1關(guān) 敘心宀 滬w RQ- *；廠、所以d可化簡為I式中R力ccDift上乳尸點(diǎn)的克線列球面渡隊(duì)心的藥厲.即半衿其璋面液球心 魚點(diǎn)處成的a«.經(jīng)/面反射.再燉。所成的停FSitw

10、«A««rw以便計(jì)W/?. ttL,的點(diǎn)像經(jīng)/反射成為L、第二次阪a的希點(diǎn).£Li像點(diǎn)八的和離為”卅圖3）.經(jīng)L,序成似點(diǎn)2位由烏斷公式有III廠-二（6+力腦3177 *天 滄 大 *»(5)(6)廠即璋面渡民的璋心到Li上賀的距再.解上式得CCD«收面列璋心的曲離R為R W像面/在焦面附近吋/值很大,£代人(4)式并化簡馮7際麗5需上式代入(3)式.并化簡礙Z-曲玉Z面lx ft*面附近時(shí)砒刀可崎上Mh 八項(xiàng).有Am* ""并U 弘+ z(8)其中z=m+26(” i)+z 為因子.由此.o Ei的a

11、t動(dòng)方思可寫為£：= E.npi女円片八礎(chǔ)* Z(9)式中 H-xJ+y ftCCDfttt面1的合成阪嶼為民+由(0- (9) A式丹E* = Ei + Ei £(.exfy *(Z+ Zo)+ E“ex審 &(歹靈 廠 e 時(shí) 乙) (10) ftCCDfl上比冬為£“ 林.星號(hào)滋示復(fù)Jttt.劇光強(qiáng)分布公式為f E兒8$號(hào)円; M+ Z；)(II)式中Z；為勻干穆環(huán)形狀無關(guān)的MWniWf.由(H)式可知CCDift!上愣圖的等相線 為一廉列同心BG環(huán).圧近中心榊鄰環(huán)間距大.由中心往外.環(huán)OTftft當(dāng)小 即簡調(diào)何魚as時(shí).干涉開半艮及其何Ik逐漸變大

12、環(huán)半檢町達(dá)幾E/n育利T判讀芻匱正好到焦*仁從一o.由(IDX# / 兒8巧(ZJ 達(dá)時(shí)V涉圖3«E« 度均勻的復(fù)場.無涉條咬.據(jù)上述分析.不同的鳥焦?fàn)罱苡信cH焦弘一一對應(yīng)的涉虧形人眼或曲機(jī)Q通 過光電轉(zhuǎn)檢)可記讀通過廉位移機(jī)面的移動(dòng)町以真現(xiàn)調(diào)廉由于敢尢 干悌對微小位為科很髙的反應(yīng)靈敏度所以這種焦方n斗ft敢真2 jflflM度及步進(jìn)希度11度佩時(shí).通過橄位移機(jī)構(gòu)改變俅建收面的位«WF涉環(huán)的形狀當(dāng)干涉環(huán)消 失.光乞分布均勻時(shí)灰期按收面巳位但這處環(huán)念情況實(shí)際上對 龍11均勻.分布的料斷無論人BI或尢電群件總存莊一定容限很可菟片砧尚未為*而衿 于與*很樣近的報(bào)徂時(shí)干涉

13、圖上的光金分布狀啟判斷為均勻，f 詼弘為為廉課iwj 3 nH.據(jù)瑞利判JK當(dāng)卡秒圖上比佞故人伯/皿與克強(qiáng)凰小fill*之比小J- 1: 0.8 B4就認(rèn) 為光張分布均勻了.這時(shí)對比度"0，h這樣人小的燉比度 人眼容樁識(shí)別.設(shè)物鏡的孔輕為。則F滯環(huán)的MXftt為學(xué) r涉圖中心了 0處的尢徑定為兒 由（II）式得/兒心于（咖+z；） 時(shí)上述判!KI 處的 光»/>0 8Zf時(shí)認(rèn)為尢理分布已均勻.則得/ocm2j(yy 6h Z；)= O.8/tcm14(M/r+ Zi)(12)式中，取值范!fl為。5/2.求鱗直足上式的ShZiA小值.就是強(qiáng)焦課幷用度通過 帝故分析壊用

14、(13)AtrwsVoT加)2式中N4二于上.MWm的數(shù)值孔NA «A.調(diào)您梢度«a.調(diào)焦采 光專時(shí) 2=O632 8x若 N*=0 6S.則由（13）式算用"v ± 0.22pm.而AM = 0.65的物鏡的Ri»（ WifttS）為A/-羽茁T - 0.75/ifn,町見調(diào)魚精度«0.22mii小于其最ft!.橫足成淸略停的豪求繳尤干莎M蕪備大課瓷與相應(yīng)物tftltt* 之比利F述一般關(guān)系式bh .亠 2arcoos/ .8 亦 土±03(14)2.2演備步進(jìn)度M««環(huán)（或疇環(huán)）.由（II）式有號(hào)（岑

15、產(chǎn) 血+ Z；）E或葉卜刑界取»«0. ± 1. ±»次的聲環(huán).有扌（歹；?八 血+Z；）（+ Dm.兩式IHML可存出備時(shí)干涉圖中泉處毎移過一個(gè)亮環(huán)對應(yīng)的俅樓收面的移動(dòng)為弘血 y?/（2<?-H）（1$）干涉圖中心八0.木“h-6h +衣廚灣療時(shí)若以CCD面上毎從1涉環(huán)中W岀或收0個(gè)I涉環(huán)為判讀依據(jù).MMMM度為扌.采用MUimJt, A0 632 8 x 10 Jmm.則步進(jìn)廉廈為0"m式（II） «U|面/衣b廉面外崗魚計(jì)算而得.內(nèi)離焦有同樣結(jié)!R.3自動(dòng)*焦系統(tǒng)組成«）t涉fl動(dòng)調(diào)焦的（#理低圖如圖5示.票統(tǒng)廉圖如圖6示 « k 沖 人 學(xué) 7 捺«2IW廠MS 54實(shí)驗(yàn)與結(jié)論上用上述腐做方法進(jìn)行了白動(dòng)測魚丈腔圖7為伸接收囲/位于焦點(diǎn)外 6"m時(shí)拍撮的ffl 8為/位J *41上時(shí)拍損的i涉圖圖9為/位F焦點(diǎn)內(nèi) 9“m時(shí)的涉圖實(shí)丸中偉雄枚