采用变焦液体透镜的共焦检测系统的设计与仿真.pdf

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1、第３３卷第１期应用光学Ｖｏｌ．３３Ｎｏ．１２０１２年１月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＯｐｔｉｃｓＪａｎ．２０１２文章编号：１００２－２０８２（２０１２）０１－００１４－０５采用变焦液体透镜的共焦检测系统的设计与仿真张运波，侯文玫，郑继红（上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海２０００９３）摘要：共焦显微技术越来越广泛地应用于微机电系统和半导体器件的三维轮廓测量。设计一种新型采用变焦透镜作为轴向扫描方式的共焦显微系统，利用变焦透镜的焦距变化来代替传统的轴向位移扫描。系统实现了无机械运动的轴向扫描，消除了传统共

2、焦系统中由位移台移动带来的振动，不仅减小了系统的复杂度，而且降低了成本。进一步设计了基于位移台和变焦透镜的两种共焦检测系统，并且对其进行了仿真实验。实验结果表明：基于位移台和基于变焦透镜的共焦系统的聚焦成像和离焦成像结果类似，并且光强的轴向分布曲线也基本相同，表明此方法可行。关键词：三维轮廓测量；共焦显微镜；轴向扫描；变焦液体透镜中图分类号：ＴＮ２０２；ＴＨ７４２．９文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．５７６８／ＪＡＯ２０１２３３．０１０１００４Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｆｏｃａｌｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓ

3、ｙｓｔｅｍｕｔｉｌｉｚｉｎｇｔｕｎａｂｌｅ－ｆｏｃｕｓｌｉｑｕｉｄｌｅｎｓＺＨＡＮＧＹｕｎ－ｂｏ，ＨＯＵＷｅｎ－ｍｅｉ，ＺＨＥＮＧＪｉ－ｈｏｎｇ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＯｐｔｉｃａｌ－ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｈａｎｇｈａｉｆｏｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｃｏｎｆｏｃａｌｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅｉｓｗｉｄｅｌｙａｐｐｌｉｅｄｉｎｔｈｅｔｈｒｅｅ－ｄ

4、ｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｐｒｏ－ｆｉｌｅｍｅｔｒｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅｍｉｃｒｏ－ｅｌｅｃｔｒｏ－ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｙｓｔｅｍａｎｄｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｄｅｖｉｃｅ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓａｎｏｖｅｌｃｏｎｆｏｃａｌｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｔｕｎａｂｌｅ－ｆｏｃｕｓｌｅｎｓ．Ｂｙｕｔｉｌｉｚｉｎｇｔｈｅｃｈａｎｇｅａ－ｂｌｅｆｏｃａｌｌｅｎｇｔｈｏｆｔｈｉｓｌｅｎｓｉｎｓｔｅａｄｏｆｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｓｃａｎｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｉｎａｘｉａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ，ｔ

5、ｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｒｅａｌｉｚｅｓｃａｎｎｉｎｇｉｎａｘｉａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎｗｉｔｈｏｕｔｍｅｃｈａｎｉｃａｌｍｏｖｅｍｅｎｔａｎｄｅｌｉｍｉｎａｔｅｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅａｘｉａｌｓｃａｎｍｏｖｅｍｅｎｔ．Ｉｔｃａｎｄｅｃｒｅａｓｅｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ，ａｎｄｒｅｄｕｃｅｔｈｅｃｏｓｔ．Ａｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓｔａｇｅｂａｓｅｄｃｏｎｆｏｃａｌｓｙｓｔｅｍａｎｄａｔｕｎａｂｌｅ－ｆｏｃｕｓｌｅｎｓｂａｓｅｄｃｏｎｆｏｃａｌｓｙｓｔｅｍｗｅｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄ，

6、ａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｆｏｒｔｈｅｔｗｏｓｙｓｔｅｍｓ．Ｅｘｐｅｒｉ－ｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｃｏｎｆｏｃａｌｉｍａｇｅｓｏｆｉｎ－ｆｏｃｕｓａｎｄｏｕｔ－ｏｆ－ｆｏｃｕｓｏｆｔｈｅｔｗｏｓｙｓｔｅｍｓａｒｅｓｉｍｉｌａｒ，ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅｌｉｇｈｔｉｎｔｅｎｓｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｌｏｎｇａｘｉａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎｉｓｂａｓｉｃａｌｌｙｔｈｅｓａｍｅ，ａｎｄｔｈａｔｓｈｏｗｓｔｈｉｓｎｅｗｓｃａｎｍｅｔｈｏｄｉｓｆｅａｓｉｂｌｅ．

7、Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｐｒｏｆｉｌｅｍｅｔｒｏｌｏｇｙ；ｃｏｎｆｏｃａｌｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；ａｘｉａｌｓｃａｎ；ｔｕｎａｂｌｅ－ｆｏｃｕｓｌｉｑｕｉｄｌｅｎｓ引言焦显微技术中的轴向扫描装置主要是以压电陶瓷或［５－６］共焦显微技术不仅分辨率高，并且具有独特的步进电机作为驱动装置的位移台，以德国ＰＩ公［１－４］三维成像能力，受到各国研究者的普遍重视。共司的产品为代表。其优点是分辨率高，特别是基于收稿日期：２０１１－０３－０２；修回日期：２０１１－０３－２９基金项目：自然科学基金中德科学中

8、心（ＧＺ４０４－３０３／２）、上海市教委重点学科第５期（Ｊ５０５０５）和上海市研究生创新基金项目（ＪＷＣＸＳＬ１００１）资助作者简介：张运波（１９８１－），男，上海理工大学在读博士，主要从事光学微纳米检测方面的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｒｅａｌｚｈａｎｇｙｕｎｂｏ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ应用光学２０１２，３３（１）张运波，等：采用变焦液体透镜的共焦检测系统的设计与仿真