大范围分光瞳激光差动共焦显微快速定焦方法

发布时间：2024-06-02 11:01

　　针对传统共焦显微技术中轴向扫描范围和扫描速度无法兼顾的问题,提出一种基于虚拟针孔探测的大范围分光瞳激光差动共焦显微快速定焦方法。通过分光瞳原理,将偏心光束法定焦和分光瞳虚拟针孔探测技术相结合,先利用激光光斑在CCD上的位置和样品位置的对应关系实现大范围的粗略定焦,再通过虚拟针孔差动传感实现高精度定焦,从而实现轴向大范围快速定焦。实验表明该方法轴向分辨力可以达到10nm,最大传感范围可达到70um,定焦速度是传统定焦方法的3.6倍。

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【部分图文】：

图1定焦原理示意图

1.1粗定焦原理如图1所示,如果照明光瞳和收集光瞳严格沿X方向放置,那么当样品在焦面附近上下移动时,在CCD探测面上的激光光斑会沿Xc方向左右移动,基于此特性,根据光斑位置和样品位置的关系得到粗略的焦点位置。

图2定焦流程图

定焦过程可由图2表示,第一步先控制CCD拍摄一张激光光斑图像,如果拍摄成功,根据粗传感曲线系数计算焦点位置,然后物镜驱动器驱动物镜移动到焦点位置,第二步再次拍摄光斑图像,根据精确传感曲线系数计算得到精确焦点位置,实现整个定焦过程,最终的定焦精度就是精定焦的定焦精度。根据图2的流程....

图3光斑位置和轴向位置关系

实验中采用平面反射镜作为实验样品进行粗定焦实验,在光斑处于CCD之内时让反射镜以一定步距上下移动,并获取各个位置的光斑图像,计算光斑位置并记录样品轴向位置。图3(a)是不同位置的光斑图像,图3(b)是实际测量的离焦距离和光斑位置的传感曲线。从图3可以看出当样品从上到下移动过程中光....

图4轴向传感曲线

为了提高定焦精度,在粗定焦的基础上进行了精细定焦实验。获得粗略焦点位置的光斑图像,在光斑左右设置两个对称的虚拟针孔,调整针孔大小和距离,计算针孔内平均灰度值并进行差动相减得到轴向曲线,如图4所示。从图中可以得到轴向曲线中间部分是一段线性的,线性范围为3μm。取图4线性段进行曲线拟....

本文编号：3987202