光度式光电显微镜的组成结构及原理图解析

图1是其原理图，标尺2经照明系统1照明，物镜3将标尺2上的刻线经析光棱镜4分别成像于两狭缝面5上，如果刻线像相对狭缝有位置变化，则穿过狭缝而到达光电接收组件6的光通量将变化，因此光电管所产生的光电流也发生变化，经电压放大后进行比较，最后由电表7显示，电表指零表示对准刻线。

图1 光度式光电显微镜原理图

为便于分析，先看单管对准原理。如图2所示，设狭缝宽c与刻线像宽召相等，当刻线像中心与狭缝中心相对位置不同时，穿过狭缝进入光电管的光通量。由于光电组件的输出取决于光通量，故上述不同位置的相应输出电压经放大后由电表读出。取电压的最小值为零点，即当电表指示σ时，认为刻线像中心与狭缝中心重合，此即对准位置。但实际上在测量过程中由于各种因素的影响，如刻线质量不一致、成像质量、电源电压的波动、电子组件的老化等，使帷与相应的电压σ不稳定，因而导致对准误差。为了消除y值变化对准精度的影响，常采用双管差动式。

图2 单管对准原理图

双管差动式的原理如图3所示。两狭缝的长度和宽度应相等（a1＝a2），且等于刻线像的宽度。这样当刻线像未进入狭缝时，通过两狭缝的光通量应相等，两光电管输出的电压相等（Uφ1=Uφ2）。两狭缝有一相位差，即两狭缝的空间位置应是并排的，它们的中心距c一般应等于缝宽四，这样，当刻线像在狭缝面上扫描时，位于狭缝平面上的两光电管产生的光电信号相位正好相差180° （Uφ1与Uφ2力向相反，一正一负），如图3中曲线所示，将两电压信号送至求差电路就得到电压差信号。图3中ΔU－s曲线为刻线像于不同位置时的电压信号变化曲线。由图可看出，当刻线像正好在两狭缝之间时，Uφ1-Uφ2＝0，这表明已对准刻了。由于电压放大的缘故，差值曲线的斜率可以很大，即对准灵敏度（或相应的对准精度）可以很高。这种光电显微镜的对准精度可达±（0.01～0.02）μm。

图3 双管差动式原理图

由于采用差值信号，所以许多影响上述单管式的不稳定因素，在这里可以相互抵消，如图4所示。由于它们对Uy及饧的影响相同，使曲线从1变到2，相应的差值曲线也从1＇变为2′，但是零点没有改变，亦即对准点不改变。可以看出，差动原理是一种消除误差的有效方法。

图4 差信号零点不变

光度式光电显微镜的优点是机械结构简单，连续工作稳定性好。缺点是两支光路及电路的组件对称性要求高，否则在对准刻线时，对准点不是恰好在刻线中心O－O，而是在a-a，如图3所示，即相差ε。当刻尺上所有的刻线宽相同时，这种现象不会引起误差，但是，当线宽不同时，这个ε值便对每个刻线不同，从而会引起对准误差。

图5　对准点偏离刻线中心

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