当前课程知识点：光电仪器设计 > 第9章 横纵向瞄准 > 9.4 纵向定位概述和共焦法 > 9.4 纵向定位概述和共焦法
大家好
这一节开始给大家介绍纵向定位
在这一章开始时我们介绍过
纵向定位是指沿光轴方向进行定位
可用于成像系统的调焦
以获取高清图像或者信号
也可用于轴向高度的测量
纵向定位的方法可以分成
直接定位和间接定位
其中直接定位可以根据光学系统
在理想像面边缘上的对比度最大
来作为判据
因此可以通过检测像边缘的光强分布
来获取离焦信息来实现
间接定位
是将物镜的理想成像位置作为参考面
利用各种传感器检测像面或者物面
相对于这个参考面的偏离信息
再进行轴向定位
主要方法包括共焦法 像散法
临界角法等等
这些方法我们后面都会做详细的介绍
首先给大家介绍共焦法的原理
请大家看系统图
激光器发出的光束经过准直透镜后
经过偏振分光棱镜PBS
再经过四分之一波片
经物镜聚焦后打在被测样品上
从样品返回的光束
透过物镜和四分之一波片后
经PBS反射
再由一个透镜来聚焦
在焦点处放置一个针孔
在针孔后放置光电探测器来检测光强
请大家首先思考一下
系统中四分之一波片的作用
这是为了让原先透过PBS的光束
返回后到达PBS时发生反射
这个用法能用来提高
光学系统的能量利用率
在干涉仪当中非常的常见
其次请大家思考一下
被测样品位于哪一个位置时
探测器接收到的光强最强呢
由于探测器前加了个针孔
它的像点正好位于物镜的焦点位置
相当于在这个焦点处
给系统加了一个光阑
因此只有当被测样品位于物镜焦点处时
光能的损失最小
探测器输出的信号强度最大
如果样品偏离了物镜焦点
那么探测器的输出就会减小
根据样品位于不同位置
能够画出探测器信号强度的曲线
因此根据探测器接收光强的极大值
就能判断样品是否位于物镜焦点处
这就是这个系统轴向定位的原理
也是共焦法的原理
下面再请大家思考一个问题
这种方法有什么缺点呢
靠极值来判断是否对准
大家听起来应该很熟悉
在前面介绍的单管式光电线纹对准中
也提到了
但是对准精度
容易受光强漂移等因素的影响
这个问题在共焦系统当中该怎么来解决呢
下面我们来看差动共焦系统
基本结构和普通共焦系统相同
但是在探测部分分成两路
分别在两个透镜的焦前和焦后
放置一个针孔
在这两个针孔后各有一个探测器
最后将这两个探测器的输出信号作差
这个思路和双管式光电线纹对准
也是类似的
当被测样品位于物镜焦点上时
两个探测器接收到的光强相等
最终作差的信号强度为零
若样品偏离了物镜焦点
则两个探测器输出信号强度之差不为零
因此通过最终输出信号的强度是否为零
就能判断被测样品是否位于物镜焦点处
下面也请大家思考一下
差动共焦系统的缺点
是否和双管式光电线纹对准一样
对双路探测系统的对称性要求很高
如何来解决这个问题呢
能否继续借鉴调制的思路
让针孔在透镜焦点处沿轴向振动
获取调制的光强信号来判断是否对准
这个请大家自行思考
咱们课上就不做展开介绍了
在共焦系统中
能对样品精确定位的位置
只有位于焦点处
因此能定位的范围很小
如何来扩大它定位的范围呢
下面我们介绍白光共焦定位系统
来看系统图
白光光源经过分光镜反射后耦合进光纤
再经过色差透镜聚焦
不同波长对应的聚焦位置不一样
经样品反射的光束原路返回
透过分光镜后经透镜聚焦
焦点处放有针孔
这儿和普通共焦系统不同之处在于
在针孔后方有一个小型光谱仪
探测不同波长的光强信号
因此当被测样品
位于不同波长聚焦的焦点处时
在光谱仪上
会探测到相应波长的强度极值信号
因此这个系统的定位范围覆盖了
白光光源从最短波长到最长波长的光束
聚焦焦点所覆盖的区段
和普通单波长共焦系统相比
扩大了定位的范围
下面对这节课做一下小结
我给大家简要介绍了
纵向定位的应用和分类
重点介绍了共焦法
请大家掌握共焦的原理以及技术特点
其直流漂移的问题
可以通过差动共焦来解决
还可进一步通过调制针孔的方法
来更好地解决
其定位范围小的问题
可以通过白光共焦的方法来解决
这节课就讲到这儿
-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
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-6.9 相衬显微成像技术
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-访谈 显微镜最新发展趋势
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-第7章-光电仪器新进展-练习题
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-8.4 莫尔条纹的衍射光学解释
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-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
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