基于PSD的高精度光電定心儀

張欣婷，安志勇

（1.長春理工大學(xué) 光電工程學(xué)院，吉林 長春130022；2.長春理工大學(xué) 光電信息學(xué)院，吉林 長春130012）

引言

近代空間光學(xué)，微電子學(xué)，生物工程和激光技術(shù)的發(fā)展，對(duì)光學(xué)儀器的成像質(zhì)量要求越來越高，分辨率接近衍射極限，從而對(duì)透鏡加工過程中的中心誤差控制要求更嚴(yán)。例如偵察衛(wèi)星照相機(jī)鏡頭，大規(guī)模集成電路制造用的微縮鏡頭，制版鏡頭以及平場復(fù)消色差高倍顯微鏡物鏡等精密鏡頭，均要求透鏡中心誤差達(dá)角秒（或微米）數(shù)量級(jí)。因此，研究高精度定心方法和儀器已成為國內(nèi)外普遍重視的課題。

目前，國內(nèi)外生產(chǎn)定心儀的廠家不多，國外主要是德國的施乃德光學(xué)公司的VP 30508定心儀。國內(nèi)主要是西安昂科光電有限公司，包括3個(gè)系列：Lensapex CE系列、Lensapex CL系列和Lensapex CU系列，其測量精度最高可達(dá)2μm。

定心方法有很多種，但基本上是光學(xué)定心法和機(jī)械定心法，此外，還有激光定心、光電定心等。目前主要采用的是光學(xué)定心法。光學(xué)定心法主要有3種：透鏡表面反射像定心法、球心自準(zhǔn)像定心法、光學(xué)電視定心法。這3種方法的精度并不是太高，而且依賴于人眼進(jìn)行觀察。

針對(duì)上述不足，本文研制出一種高精度、使用方便、定心速度快的光電式定心儀。采用位置敏感探測器PSD對(duì)光斑實(shí)行定位，既保證了高的定心精度，又消除了人眼的疲勞。以上提及的幾種定心儀的性能比較如表1所示［1-2］。

表1 幾種定心儀的性能比較Table 1 Performance comparison of several centering instruments

1 系統(tǒng)工作原理

本文所研究的定心儀主要由照明系統(tǒng)、自準(zhǔn)直顯微系統(tǒng)、信號(hào)接收系統(tǒng)、信號(hào)處理和顯示系統(tǒng)組成，其工作原理如圖1所示。……