显微镜观测光斑大小.docx

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显微镜观测光斑大小

显微镜观测光斑大小

摘要

介绍用显微镜观测光斑大小的方式。

显微镜观测光斑大小的方式结合分析软件，可以测量和分析尺寸小、形状不规则、能量散布复杂的单色光和复合光形成的光斑，为需要对光斑进行评估的各类应用领域提供了实时、快速、有效的测量方式。

通过该实验能了解到不同波长的光斑大小，和光斑大小与显微镜放大倍数和观测角度之间的关系。

测量显微镜的光学系统形成物方远心光路,使被测工件的光学成像落在仪器的分划板上,然后通过目镜使分划板上的标准刻线对工件影像进行对准,以达到测量的目的。

因此,影像法是测量显微镜的最常常利用、最大体的测量方式。

关键词：

测量显微镜，影像法，波长，观测角度，放大倍数

MICRORCOPYSPOTSIZE

ABSTRACT

Introductionspotsizewithamicroscopeobservationobservationmethodcombinedwithspotsizeanalysissoftwarecanmeasureandanalyzesmallsize,irregularinshape,monochromaticlightenergydistributionandthecomplexformationofcompositebeamoflightforthespottoassesstheneedforavarietyofapplicationsprovidesreal-time,fasteffectivemeasurementexperimentcanbelearnedbydifferentwavelengthsoflightspotsize,andspotsizeandmicroscopemagnificationandviewinganglerelationship.

Measuringmicroscopeopticalsystemtelecentricinobjectform,enablingtheopticalworkpiecepartitionimaginginstrumentson-boardfall,andtheneyepiecesothatthestandardpartitionboardgrooveontheworkpieceimagetoaimtoachievethemeasurement,theimagemethodisthemostcommonlyusedmeasuringmicroscope,thebasicmeasurementmethod.

KeyWord:

measuringmicroscope,imagingmethod,wavelength,observationangle,magnification

第一章绪论

测量显微镜

测量显微镜是一种大型的精密测量仪器，具有准确度高、功能全等特点，是生产企业长度计量工作中最常常利用的光学仪器之一。

测量显微镜的光学系统形成物方远心光路，使被测工件的光学成像落在仪器的分划板上，然后通过目镜使分划板上的标准刻线对工件影像进行对准，以达到测量的目的。

因此，影像法是测量显微镜的最常常利用、最大体的测量方式。

由于测量显微镜还配备了许多辅助设备，所以除最大体的影像法外，它还能实现轴切法、光学接触法、机械测量法、双像法等测量手腕，以达到不同的测量目的。

测量显微镜107JA

产品简介：

测量显微镜107JA，采用透、反射的方式对工件长度和角度作精密测量。

特别适用于录象磁头、大规模集成电线路宽和其它精密零件的测试。

普遍地适用于计量室、生产作业线及科学研究等部门。

107J为光栅数显的小型精密测量仪器。

工作台除作X、Y坐标的移动外，还可以作360º的旋转，亦可以进行高度方向做Z坐标的测量；采用双筒目镜观察。

照明系统除作透、反射照明外还可以作斜光线照明。

仪器进一步可连接CCD电视摄像头，作工件的轮廓放大；亦可连接计算机进行数据处置等测量。

是一种理想的多用途的小型精密测量仪器。

测量显微镜的利用

寻觅像平面

（1）针尖试样应采用“光点找像法”。

一般显微硬度计测量显微镜物方视场只有～，在此视场范围外区

域在测量显微镜目镜视场内，眼睛是看不见的。

而针尖类试样顶尖往往小于，所以在安装调节试样时，很难把此顶尖调节在视场内；若是此顶尖在视场周围而不在视场内，则在起落工作台进行调节时不小心就会把物镜镜片顶坏，即便不顶坏物镜，找像也很困难为解决这个问题，提出“光点找像法”方式。

开启测量显微镜的照明灯泡，这时在物镜下面工作台上就有一个圆光斑，把针尖试样垂直于工作台安装在此光斑的中心，升高工作台，使此针尖的顶尖离开物镜约1mm这时眼睛观察顶尖部位，调节工作台上的两个测微丝杆。

使物镜下照明光点在前后左右对称散布在此顶尖上（这一步骤必需仔细）随后缓慢调节起落机构，这时在目镜视场中即会看到一个光亮点。

这就是此顶尖上的反射光点，再进一步伐节起落即可找到此针尖的像。

（2）表面光洁度很高的试样（如显微硬度块）应采用边缘找像法。

显微硬度实验中，试样表面光洁度一般都是很高的，往往是镜面表面上没有明显观察特征，而显微硬度计中所有高倍测量显微镜的景深都是超级小的，只有1～2mm所以在调焦找像平面时，对于缺乏经验的操作者是很困难的，乃至会碰坏物镜，所以操作者有的留用表面残留痕迹来找像平面。

但有时往往无残留痕迹时，建议采用边缘找像法。

即按上述一样方式利用照明光点（约为～1mm）的中心对准试样表面轮廓边缘，则在目镜视场内看到半亮半暗的交壤处即为此轮廓边缘，随后进一步伐节起落即可找到此表面边缘的像。

调焦

为找到正确成像位置，应注意要调节使压痕边缘清楚而不是压痕对角线或对角线交点清楚。

咱们需要测量的是这个四棱角锥体坑表面棱形的对角线长度。

为帮忙操作者掌握这一步骤，这里提出“视差判别法”，当用分划板刻线或十字交点对准压痕对角线顶尖时，人眼相对于目镜左右移动，这时如调焦不正确，即压痕边缘象不完全落在分划板上，则会发现此边缘相对于分划线会左右移动。

这说明调焦不正确，如人眼相对目镜的位置不一致，则必然存在测量误差，此时应进一步伐焦，直至此边缘相对分划线在人眼晃动时无相对位置才为正确。

测量显微镜正常利用注意事项

①用调焦手轮对被测件进行调焦时，应先从外部观察，使物镜镜筒下降接近被测件，然后眼睛才能从镜中观察。

旋转调焦手轮时，要由下向上移动镜筒；

②避免空程误差。

在测量时应向同一方向转动测微鼓轮，让十字叉丝垂线和各目标对准。

若移动叉丝超过了目标时，应多退回一些，再从头向同一方向移动叉丝，完成测量。

③要正确读数。

观测光斑

观测光斑的技术在此刻愈来愈全面，为观测光纤通信领域内的各类微小红外光斑，研制了一种采用变象管的仪器。

利用这种仪器比采用靶摄象管或、等其它器件的观测设备具有更直观、方便和更经济的长处本仪器用于观测光斑模场的分辫度高于协，而用于测量自聚焦透镜核心位置参数的精度优于林可普遍应用于科研和生产领域中。

而在图像传感技术的许多应用中，例如光电几何量非接触测量、目标图像跟踪和天文学测量等领域，常常需要用探测器（如CCD）在像面上接收一个成像斑点（称为像斑），以便从中提取空间深度和横向位置信息。

而这些信息的估值精度除依赖于许多技术上的因素外，最大体的物理限制来自对像斑位置估值精度。

光斑位置估值精度除与图像噪声等外界因素有关外，还与光斑本身的大小[ax，ay]有关。

因此，如何设计适合的光斑和提高对像斑中心位置的检测精度一直是人们关心的问题。

第二章测量光斑的方式

观测光斑大小的方式

微光斑的测量与分析对于评价光学系统成像质量、激光光束等起着重要作用。

随着科学技术的发展，在微光成型、微细加工、光学存储、材料处置等应用领域，对通过光学系统形成的光斑质量要求愈来愈高，因此需要对光斑进行精准的测量和分析。

目前国外已开发出一些商品化的光斑测量仪器，这些仪器大多用于测量光束能量散布（Profile），且现有测量对象仅局限于激光光斑。

由于激光属单色光，形成的光斑形状较规则，且能量散布为已知的高斯散布，因此其光斑的测量与分析相对较易实现

。

摄像法

CCD是一种光谱响应宽、稳定性好、操作容易的图像传感器件。

最近几年来，CCD器件与CCD摄像机在现代光电子学和精密测量技术（如尺寸测量、定位检测、天体观测等）中的应用日趋普遍。

用CCD测量光斑可及时取得光斑的二维扫描结果，是较理想的测量方式之一。

彩色CCD摄像法不仅可测量单色光的光斑，而且还可以测量复合光的光斑。

CCD传感器的像元尺寸小，几何精度高，配置适当的光学系统，可以取得很高的空间分辨率；它以非接触方式进行测量，因此利用方便灵活，适应性强；它的输出信号易于数字化处置，容易与计算机连接组成实时自动化测量系统。

这些长处使CCD摄像法近几年来被普遍地应用于各类加工件尺寸的高精度、高速度的检测领域。

利用CCD技术、图像处置技术和计算机技术对普通全能工具显微镜进行数码改造，减少复杂的机械运动部件，从而减少误差的来源，提高了测量精度，实现了孔心距的数字化测量和读数自动化。

采用CCD摄像法的孔心距测量系统是用显微镜图像分析法对孔心距进行精密自动测定，主要由工具显微镜、面阵CCD摄像

头、图像收集卡、PC机、数据分析软件等组成。

光斑测量系统由光学系统、显微物镜、彩色CCD、图像收集卡和计算机组成（见图1—1）。

被测光斑经显微物镜放大后在CCD光敏面上形成一个放大的光斑。

CCD器件输出的图像视频信号传送到图像收集卡，经A/D转换为数字信号后输入计算机供显示、存储和测量分析。

显微物镜的放大倍率按照被测光斑和CCD光敏元的大小而定。

图2-1CCD测量系统框图

CCD摄像头将工件轮廓拍摄下来后，通过图像收集卡将工件的数字化图像输入到计算机。

计算机对图像作二值化处置，取得工件的轮廓图像。

显然，工件图像的尺寸（以像素点数量表示）与工件的实际尺寸（以厘米或毫米表示）之间具有一一对应的线性关系，即二者之间的测量比为常数K，由摄像物镜的放大比和CCD器件的放大比所决定。

利用一尺寸已知的标准工件作为测量目标，对CCD摄像测量系统的测量比K作精准标定。

测量尺寸未知的工件时，只需测定其图像的边长或直径所包括的像素点数量，除以K，即可取得工件的实际边长或直径。

被测光斑经显微物镜放大后在CCD光敏面上形成一个放大的光斑。

CCD器件输出的图像视频信号传送到图像收集卡，经A/D转换为数字信号后输入计算机供显示、存储和测量分析。

显微物镜的放大倍率按照被测光斑和CCD光敏元的大小而定。

光纤探针扫描法

最近几年来，随着纳米科技的发展，扫描近场光学显微镜（SNOM）发展很快，其应用领域也日趋普遍，其中最重要的原因是采用了光纤探针和探针—样品的切变力间距调控两项先进技术。

光纤探针作为SNOM的探测器，针尖直径仅50nm左右。

咱们将光纤探针应用于微小光斑的测量中，可知光纤探针扫描法超级适合微小光斑的测量，且测量分辨率很高。

一般而言，为了提高SNOM系统的分辨率，需要探针尖直径越小越好。

但是，随着针尖直径的减小，探针的传输效率急剧下降。

例如，若偶合进光纤的激光功率为，当光纤探针锥尖直径为100nm时，其输出功率为10nw，衰减为

；当锥尖直径为50nm时。

输出功率为，衰减为

。

利用近场光学显微镜的光纤探针采样技术和压电陶瓷扫描技术，可对光学系统小光斑的光强散布进行高空间分辨的测量。

由于光纤探针采样点的大小为几十纳米或更小，压电陶瓷扫描间距为几纳米或更小。

因此该方式特别适合大数值孔径光学系统小光斑的测量。

实验证明，采用该方式测量的空间分辨率可