光谱共焦位移传感器物镜设计

第 3卷第 8 7期21年 8 00月

光电工程O p o El cr n cEn i e rn t— e to i g n e i g

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文章编号：1 0— 0 X 2 1)8 0 6— 5 0 3 5 1 (0 00— 0 2 0

光谱共焦位移传感器物镜设计朱万彬，钟俊 1,莫仁芸 1,陈璇， 2, 2( .中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春 10 3; 1 3 0 3

2 .中国科学院研究生院，北京 10 3; 00 93春理工大学，长春 10 2 .长 3 02)

摘要：高精度非接触式位移传感器有着广泛的应用。本文讨论其中一种采用光学方法实现非接触测量的光谱共焦位移传感器，阐述该传感器的工作原理，给出了该系统的设计方法和评价方法。最后基于光学设计软件 C DEV O 的宏语言和数学软件 MA L B设计出了一个测量范围为 0 1 7 TA - . 3mm的光谱共焦位移传感器物镜。该物镜采用一 1

个单透镜和双胶合透镜组合的结构，在 _作波长范围内，各个单波长对应最大的 R T - MS半径为 28邮 .,其测量精度优于 5u m,波长离焦量和波长之间线性度通过线性回归拟合得出判定系数为 09 5,测量的线性度优异。 .8 9

关键词：位移传感器；共焦；光学设计；离焦；色差中图分类号： 4 9 T 2 2 0 3; P 1文献标志码： A d i 03 6￣i n10 .0X. 1 . .1 o:1. 9 .s. 35 1 2 00 0 2 9 s 0 0 8

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0引言 15年，MavnMisy利用共焦原理搭建了第一台共焦显微镜，并在 15申请了专利，发展到现 95 ri nk 97年在的共焦显微镜，光源多用激光代替，成像方式为逐点扫描成像，因此叫做“激光扫描共聚焦显微镜”【。 J j正因为共焦显微镜是逐点成像，因此无法用眼睛或者 C D直接接收，需要通过软件重构图像。 C 图 1出了共焦显微镜的基本原理。激光器经过扩束器传播到二色分光镜，然后经过显微物镜聚焦在给

样品感兴趣的位置，从而激发荧光，该荧光携带有样品信息，荧光经二色分光镜，聚焦通过4,再经过 qL滤光片滤除杂光，最后到达探测器。二色分光镜，能够起到透射荧光反射所用激光的作用，小孔用来阻止收稿日期：2 1— 32;收到修改稿日期：2 1— 53 0 00- 9 00 0— 1基金项目：吉林省科技厅资助项目(0 839 2 003 )作者简介；朱￣ (93) 16一，男(汉族),吉林长春人。副研究员，主要研究方向是激光加工与光学设计。Emalw n i h@13 o - i abn u 6. m: z c

光谱共焦位移传感器物镜设计

第3 7卷第 8期

朱万彬等：光谱共焦位移传感器物镜设计

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非焦面的信号，以消除焦点模糊，提高对比度。

对于非接触高精度位移测量，采用的方法有激光三角反射式

位移传感器、电容式传感器、电感式传感器等等。广泛使用的是激光三角反射式位移传感器，采用三角法的基本原理。代表国际领先水平的欧姆龙和米依，他们的产品在小测量范围时，精度能够达到微米到亚微米量级。另外一种高精度位移传感器，基于共焦原理，采用

复色光光源，这种传感器叫做光谱共焦位移传感器， 它的精度能够达到纳米量级。正是由于其高精度，使其得到广泛应用，比如光刻机装调以及工作台上样品定位等。 J图 1共焦显微镜原理图F g 1 P i cp eo c n o a c o c p i . rn i l f o f c l mir s o y

1光谱共焦位移传感器基本原理

光谱共焦位移传感器是在共焦显微镜基础上发展来的，原理类似于共焦显微镜，但是又有不同。它的光源采用复色光(白光)如，这束光经过光学系统，产生光谱色散，在空间形成一系列焦点。聚焦 …… 此处隐藏：8360字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……