当前课程知识点：光电仪器设计 > 第9章 横纵向瞄准 > 9.3 光电瞄准 > 9.3 光电瞄准
大家好
上节课给大家介绍了光学瞄准方法
由于受到人眼瞄准精度的限制
它能达到的精度有限
这节课我给大家介绍
更先进的光电对准方法
主要介绍线纹对准和姿态对准
这两个部分
首先介绍使用光度式光电显微镜
进行线纹对准的方法
如图所示是单管式对准光路
照明系统1将标尺2照亮
标尺上的刻线经过物镜3成像在狭缝上
这个系统的对准目标就是
要使得刻线的像和狭缝对准
在系统设计时
要将标尺上刻线的像的宽度
正好等于狭缝的宽度
因此当刻线像正好对准狭缝时
通过狭缝的光通量最小
光电元件输出的电压也最小
如果刻线像和狭缝没有对好
那么光电元件接收的光通量就会增加
电压也会增大
因此在单管式对准系统中
只要判定光电元件输出电压的极小值
就可以用于线纹对准
下面请大家考虑一下
这种对准方法有没有什么问题
比如说刻线的透光率不一样
光电元件的供电电压发生漂移
或者电子元件发生老化等等
都会对这个极小值的判定造成影响
从而影响对准精度
为了解决这个问题
通常可以采用双管差动的方式
从系统结构上来看
在分光镜的透射端和反射端
各放置一个相同的狭缝
并且让两个狭缝分布在光轴的两侧
边界与光轴对齐
当刻线像的中心位于光轴位置时
也就是位于我们要对准的目标位置时
通过两个狭缝的光通量相同
两个光电元件的输出
作差比较后输出零信号
当刻线像偏离目标位置时
则一个狭缝光通量增加而另一个减小
因此可以绘制出两个光电元件输出光强
以及它们的差信号
随刻线像位置的变化曲线
只要判定差动光强信号的零点
就可以完成线纹对准
这种差动方法能解决
单管式对准的不稳定因素
但是对两路探测单元的对称性要求很高
如果其中一路发生漂移
那么会影响差动信号过零点的漂移
从而来影响对准精度
下面再请大家思考一下
这个问题又该如何来解决呢
我们来看相位式光电显微镜
这个系统和前面的系统相比
增加了一个振镜
让刻线的像在狭缝处振动
在每一个振荡周期
光电探测器会输出两个光强峰值
如果刻线像的振动中心
在狭缝中心的右侧
那么同周期两个峰的高度是不一样的
如果刻线像的振动中心
和狭缝中心正好重合
那么这两个峰的高度是一样的
如果像的振动中心在狭缝中心的左侧
两个峰的高度也是不相等的
因此可以通过检测
光电探测器输出信号中是否只存在
振动频率的偶次谐波来完成对准
这个偶次谐波的出现
只与刻线像的位置有关
与光电探测器的绝对光强无关
因此这个方法能够消除光强漂移
以及电路漂移等因素的影响
这是光学测量中
将直流信号转换成交流信号测量
这个思想的又一次体现
下面我们再介绍
用于姿态对准的光电对准方法
这幅图显示的是半导体工业中掩模
和硅片套刻的对准系统
对准的目标是将掩模和硅片进行姿态对准
为了实现这个目标
在掩模版和硅片上都做了特殊的标记
其中掩模版的对准标记是4条通光狭缝
硅片上标记的图案是这幅图显示的形状
系统工作时
照明光入射到半透半反镜
反射光透过掩模版上的狭缝
照到硅片标记上
反射的光束
依次透过狭缝和半透半反镜
被光电探测器所接收
为了实现姿态对准
总共布置了8个探测器
排列方式如图所示
这种方法可以探测x y和θ
这三个自由度的对准
其中x和y反映了两个维度的平移
θ反映了二者绕竖直轴的相对旋转
当掩模和硅片姿态对准时
8个探测器的输出满足下面这组式子
当二者发生相对偏移时
探测器的输出平衡被打破
那么可以调整硅片的姿态
使其再次对准
下面对这节课内容做一下小结
这节课主要给大家介绍了光电对准方法
在线纹对准方面
我们介绍了单管对准
双管对准和振动调制对准方法
各种方法的技术特点希望大家掌握
我想再次强调一下将直流信号
转化成交流调制信号测量的思想
因为这将有利于系统抗干扰
并且能够提高测量精度
在姿态对准方面
我们介绍了一个掩模板
和硅片对准的例子
也希望大家掌握其对准原理
-1.1 为什么要学光电仪器设计
-1.2 课程简介
--1.2 课程简介
-1.3 学习方法和课程要求
-2.1 误差基本概念
-2.2 误差表示方法
-2.3 实验设计方法
-2.4 误差分析实例
-2.5 仪器误差分配
-第2章-仪器误差分析与分配-练习题
-3.1 什么是阿贝误差
-3.2 阿贝误差的补偿
-3.3 工程应用中如何补偿阿贝误差
-3.4 光学自适应原则
-第3章-光电仪器设计原则-练习题
-A1 走进光学实验室
-A2 调整光线与导轨平行
-A3 针孔滤波和光束的扩束准直
-A4 干涉实验
--A4 干涉实验
-A5 光纤耦合
--A5 光纤耦合
-4.1 泰曼格林干涉仪与双频干涉仪
-4.2 双频干涉仪的位相测量方法
-4.3 双频激光干涉仪的组成与使用
-4.4 神奇的角锥棱镜和猫眼反射镜
-4.5 平面镜干涉仪
-4.6 几何量测量用干涉仪
-4.7 干涉仪安装
-访谈 双频激光干涉仪开发过程中的点点滴滴
-4.8 菲索面形测量干涉仪
-4.9 面形测量干涉仪新进展
-4.10 菲索干涉仪使用
-第4章-干涉仪-练习题
-5.1 光谱仪分类与指标
-5.2 与能量相关的指标
-5.3 全息光栅色散型光谱仪
-5.4 中阶梯光栅色散型光谱仪
-5.5 傅立叶变换光谱仪
-5.6 傅立叶变换光谱仪的参数计算
-5.7 外差型傅立叶变换光谱仪
-5.8 空间调制傅立叶变换光谱仪
-5.9 原子吸收分光光度计使用
-5.10 紫外分光光度计使用
-访谈 浅谈国产光谱仪的发展
-第5章-光谱仪-练习题
-6.1 显微镜发展历史
-6.2 典型显微图像及其功能
-6.3 显微镜的基本结构
-6.4 显微镜成像原理、放大率及分辨率
-6.5 物镜和目镜、成像像差
-6.6 光源和滤波片、照明方式
-6.7 显微镜的操作方法
-6.8 超高分辨率受激发射耗损（STED）显微镜技术
-6.9 相衬显微成像技术
-访谈 国产显微镜发展历程
-访谈 显微镜最新发展趋势
-第6章-显微镜-练习题
-7.1 飞秒激光频率梳
-7.2 飞秒光梳测距1
-7.3 飞秒光梳测距2
-7.4 飞秒光梳光谱分析
-7.5 激光跟踪仪原理
-访谈 激光跟踪仪的发展和应用
-7.6 激光跟踪仪的功能演示
-第7章-光电仪器新进展-练习题
-8.1 标准器概述与光波波长
-8.2 标尺和度盘
-8.3 莫尔条纹的几何解释
-8.4 莫尔条纹的衍射光学解释
-8.5 光栅读数头
-8.6 光栅尺参数设计和误差
-第8章-标准器-练习题
-9.1 横纵向瞄准
-9.2 读数测微系统
-9.3 光电瞄准
--9.3 光电瞄准
-9.4 纵向定位概述和共焦法
-9.5 其他纵向定位方法
-第9章-横纵向瞄准-练习题
-B1 相机原理与摄影入门
-B2 相机的变焦和对焦技术
-B3 单反相机的基本操作
-B4 复杂场景下的拍摄技巧
-B5 浅谈构图和后期处理
-课程总结
--课程总结
-期末答疑
-考试--期末考试
