非球面检测中偏心光束对焦系统设计

　　长期以来，非球ICI检测技术一直是制约非球I}}制造精度提高的难题，尤其对十高精度非球ICI表ICI的检测。常规的非球ICI检测方法如 刀!}阴影法、激光数字干涉法及接触式光栅测量等。这些方法检测工件表ICI，有一定的局限性。刀口阴影法要求土件必须透明;激光数字干涉仪要求工件足够 光滑;接触式光栅测量技术虽发展得比较完善，但它存在一定的接触力，必须进行测头半径补偿，并日有测头容易划伤被测表ICI或被表ICI划伤等缺点，因此 难以达到较高精度。

　　近年来，随着检测技术的发展，非接触式测量技术在表面测量领域得到比较广泛的应用，如扫描电子显微镜检测法、扫描共焦显微镜检测法、自动对焦测 量技术。由于自动对焦测量已从微米尺度进入纳米尺度，在非球ICI检测中大大提高了非球ICI的测量精度，因此具有币大的研究价值和广阔的发展前景。本文 在非球ICI检测中引入自动对焦测量技术，并实现了偏心光束对焦系统设计及调试。

　　1总体方案设计

　　自动对焦是利用物体光反射的原理，将反射的光照射在光电探测器上，经过光电转换，带动电动对焦装置进行对焦的方式。偏心光束对焦精度取决十光源的质量、光电探测器对光源的敏感度及电动对焦装置的合理设计等。采用以下方案进行偏心光束对焦系统的设计及调试:

　　(1)激光作为光源利用反射镜的反射特性和柱ICI平凸透镜的聚焦特性形成偏心光束。激光作为一种新型光源，相对于普通光源具有单色性好、方向性强、高亮度等优点，能大大提高对焦精度。

　　(2)一维PS D作为光电探测器与许多传统的光电位置敏感器件，如象限光电池、CCD等相比，PSD位置分辨率高、响应快、性价比高，特别适合对位置、位移、角度等实时一测量。

　　(3)电动机驱动电路的设计入射到PSD光敏ICI的光信号转化为电信号，经处理后进入电动机驱动电路，带动电动机转动。采用电动机驱动方式检验偏心光束对焦的准确性，既简便又实用。

　　根据偏心光束对焦系统设计方案进行对焦实验。固定光路系统与PSD的位置，调节移动土作台上下移动，PS D光敏ICI上的激光光斑也随之变化，于是电动机随之转动。转动情况决定了偏心光束是否对焦。当电动机停转时，即土件内表ICI位十物镜焦平ICI，对焦成功。

　　图1所示为偏心光束对焦实验原理图。虚框1为光路部分，虚框2为电路部分。如图1虚框1所不，两凸透镜焦距分别为4 mm和200 mm。

　　2偏心光束对焦的光路设计及调试

　　2.1光路设计

　　本文规定光轴方向为x方向，垂直十实验台方向为Z方向，与x轴和Z轴同时一垂直的方向为Y方向。偏心光束对焦光路设计中透镜采用两个柱ICI平 凸透镜，简化了实验台结构设计。柱ICI平凸透镜与球ICI平凸透镜在成像光路特性上是一致的，其区别是平凸透镜只有在一维方向(X方向)上发散聚集;球 ICI凸透镜则在二维方向上(X与Z方向)同时一发散聚集。由于这一特性，一束激光经过平凸透镜与球面凸透镜所成的光斑不一样。