光度式光電顯微鏡的組成結(jié)構(gòu)及原理圖解析

圖1是其原理圖，標(biāo)尺2經(jīng)照明系統(tǒng)1照明，物鏡3將標(biāo)尺2上的刻線經(jīng)析光棱鏡4分別成像于兩狹縫面5上，如果刻線像相對(duì)狹縫有位置變化，則穿過(guò)狹縫而到達(dá)光電接收組件6的光通量將變化，因此光電管所產(chǎn)生的光電流也發(fā)生變化，經(jīng)電壓放大后進(jìn)行比較，最后由電表7顯示，電表指零表示對(duì)準(zhǔn)刻線。

圖1 光度式光電顯微鏡原理圖

為便于分析，先看單管對(duì)準(zhǔn)原理。如圖2所示，設(shè)狹縫寬c與刻線像寬召相等，當(dāng)刻線像中心與狹縫中心相對(duì)位置不同時(shí)，穿過(guò)狹縫進(jìn)入光電管的光通量。由于光電組件的輸出取決于光通量，故上述不同位置的相應(yīng)輸出電壓經(jīng)放大后由電表讀出。取電壓的最小值為零點(diǎn)，即當(dāng)電表指示σ時(shí)，認(rèn)為刻線像中心與狹縫中心重合，此即對(duì)準(zhǔn)位置。但實(shí)際上在測(cè)量過(guò)程中由于各種因素的影響，如刻線質(zhì)量不一致、成像質(zhì)量、電源電壓的波動(dòng)、電子組件的老化等，使帷與相應(yīng)的電壓σ不穩(wěn)定，因而導(dǎo)致對(duì)準(zhǔn)誤差。為了消除y值變化對(duì)準(zhǔn)精度的影響，常采用雙管差動(dòng)式。

圖2 單管對(duì)準(zhǔn)原理圖

雙管差動(dòng)式的原理如圖3所示。兩狹縫的長(zhǎng)度和寬度應(yīng)相等（a1＝a2），且等于刻線像的寬度。這樣當(dāng)刻線像未進(jìn)入狹縫時(shí)，通過(guò)兩狹縫的光通量應(yīng)相等，兩光電管輸出的電壓相等（Uφ1=Uφ2）。兩狹縫有一相位差，即兩狹縫的空間位置應(yīng)是并排的，它們的中心距c一般應(yīng)等于縫寬四，這樣，當(dāng)刻線像在狹縫面上掃描時(shí)，位于狹縫平面上的兩光電管產(chǎn)生的光電信號(hào)相位正好相差180° （Uφ1與Uφ2力向相反，一正一負(fù)），如圖3中曲線所示，將兩電壓信號(hào)送至求差電路就得到電壓差信號(hào)。圖3中ΔU－s曲線為刻線像于不同位置時(shí)的電壓信號(hào)變化曲線。由圖可看出，當(dāng)刻線像正好在兩狹縫之間時(shí)，Uφ1-Uφ2＝0，這表明已對(duì)準(zhǔn)刻了。由于電壓放大的緣故，差值曲線的斜率可以很大，即對(duì)準(zhǔn)靈敏度（或相應(yīng)的對(duì)準(zhǔn)精度）可以很高。這種光電顯微鏡的對(duì)準(zhǔn)精度可達(dá)±（0.01～0.02）μm。

圖3 雙管差動(dòng)式原理圖

由于采用差值信號(hào)，所以許多影響上述單管式的不穩(wěn)定因素，在這里可以相互抵消，如圖4所示。由于它們對(duì)Uy及餳的影響相同，使曲線從1變到2，相應(yīng)的差值曲線也從1＇變?yōu)?′，但是零點(diǎn)沒(méi)有改變，亦即對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)不改變?？梢钥闯觯顒?dòng)原理是一種消除誤差的有效方法。

圖4 差信號(hào)零點(diǎn)不變

光度式光電顯微鏡的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，連續(xù)工作穩(wěn)定性好。缺點(diǎn)是兩支光路及電路的組件對(duì)稱性要求高，否則在對(duì)準(zhǔn)刻線時(shí)，對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)不是恰好在刻線中心O－O，而是在a-a，如圖3所示，即相差ε。當(dāng)刻尺上所有的刻線寬相同時(shí)，這種現(xiàn)象不會(huì)引起誤差，但是，當(dāng)線寬不同時(shí)，這個(gè)ε值便對(duì)每個(gè)刻線不同，從而會(huì)引起對(duì)準(zhǔn)誤差。

圖5對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)偏離刻線中心

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