[發明專利]一種精密針孔對準調試方法

有效

• 申請號: 201310730695.4
• 申請日: 2013-12-26
• 公開（公告）號: CN103698896A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 孔晨暉;張運海
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所
• 主分類號: G02B27/30
• 分類號: G02B27/30
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 宋鷹武;沈祖鋒

技術領域

本發明涉及光學精密裝調技術領域，尤其是涉及一種精密針孔對準調試系統及方法。

背景技術

精密針孔對準技術，是指將微米級大小的針孔準確放置在光學透鏡的焦點處，通常是兩個光學透鏡的重合焦點，即光束聚焦后通過針孔再擴束。精確對準后的針孔，可以為光路進行精密的空間濾波，修整激光模態，調整發散角，濾除雜散光等，在各種精密光學裝置和儀器中有廣泛應用。

精密針孔對準技術其對準精度要求通常在針孔尺寸的1/10以上，即針孔定位三維定位精度在微米、亞微米量級，這在裝置的設計和加工上很難保證，因此該技術對測量和裝調提出了很高的要求。同時，光路中入射光方向的微小變化也會導致聚焦光無法通過針孔，系統無法工作，這對針孔對準裝置的臨場裝調和及時修正提出了更多的需求。

精密針孔對準技術經常應用于各種擁有高精密空間濾波器的光學成像儀器上，例如：超分辨率成像、共聚焦顯微鏡、全內反射熒光顯微鏡、相襯顯微鏡等。它是這些儀器的核心技術之一。

發明內容

本發明的目的是：提供一種簡便迅速的高精度的針孔對準系統及方法，實現精確的空間濾波器裝調。

本發明的技術方案是：一種精密針孔對準調試系統，其包括激光器、第一半反半透鏡、第二半反半透鏡、第一聚焦透鏡、第二聚焦透鏡、第三聚焦透鏡、第四聚焦透鏡、針孔裝置、三維調整臺、全反鏡、第一CCD以及第二CCD；

所述三維調整臺調整針孔裝置中針孔的方向位置；

所述激光器、第一聚焦透鏡以及第二聚焦透鏡搭建聚焦擴束光路，所述全反鏡放置在聚焦擴束光路上，以使光路能原路返回；

所述激光器發射的激光通過第一半反半透鏡透射到第一聚焦透鏡，并繼續經過針孔裝置的針孔、第二聚焦透鏡、第二半反半透鏡反射到第四聚焦透鏡上，所述第二CCD位于第四聚焦透鏡焦點處；所述全反鏡將經過第二半反半透鏡透射的光路原路返回；原路返回的激光再次透過第二半反半透鏡、第二聚焦透鏡、針孔裝置的針孔和第一聚焦透鏡，在第一半反半透鏡處反射到第三聚焦透鏡，所述第一CCD位于第三聚焦透鏡焦點處；

通過精調第一聚焦透鏡和第二聚焦透鏡的間距，使第一、第二CCD的焦點像最小，并調整針孔裝置中針孔的XY方向位置，使第二CCD上能看到激光焦點像，并調整針孔的Z方向位置，使第二CCD的焦點像最亮；在第一CCD上觀察返回光的像，若觀察不到，須微調第一、第二聚焦透鏡的方位，使反射光焦點能在第一CCD上成像；重復針孔方向位置和第一、第二聚焦透鏡的方位的調整，直到第一、第二CCD上都形成有激光焦點像。

優選的，所述針孔裝置包括針孔和工裝。

本發明的另一技術方案是：一種精密針孔對準調試方法，其包括以下步驟：

S1、由激光器、第一聚焦透鏡以及第二聚焦透鏡搭建聚焦擴束光路；

S2、在聚焦擴束光路上放置全反鏡以使光路能原路返回，并繼續放置第一半反半透鏡、第三聚焦透鏡、第一CCD、第二半反半透鏡、第四聚焦透鏡、第二CCD，所述激光器發射的激光通過第一半反半透鏡透射到第一聚焦透鏡，并繼續經過第二聚焦透鏡、第二半反半透鏡反射到第四聚焦透鏡上，并進一步會聚到第二CCD上；所述激光器發射的激光透過第二半反半透鏡后，經全反鏡原路返回，再次透過第二半反半透鏡、第二聚焦透鏡、針孔裝置的針孔和第一聚焦透鏡，通過第一半反半透鏡反射第三聚焦透鏡，并進一步會聚到第一CCD上；

S3、通過精調第一聚焦透鏡和第二聚焦透鏡的間距，使第一、第二CCD的焦點像最小；

S4、在第一、第二聚焦透鏡之間放入置于三維調整臺上的針孔裝置，調整針孔裝置中針孔的XY方向位置，使第二CCD上能看到激光焦點像；調整針孔的Z方向位置，使第二CCD的焦點像最亮；

S5、在第一CCD上觀察返回光的像，若觀察不到，須微調第一、第二聚焦透鏡的方位，使反射光焦點能在第一CCD上成像；

S6、重復步驟S4和S5，直到第一、第二CCD上都形成激光焦點像；

S7、固定激光器、第一、第二聚焦透鏡，移除全反鏡、第一半反半透鏡、第三聚焦透鏡、第一CCD、第二半反半透鏡、第四聚焦透鏡、第二CCD。

優選的，所述方法進一步包括將針孔裝置進行移除。

優選的，所述方法進一步包括在原來位置處搭建第二半反半透鏡、第四聚焦透鏡、第二CCD，先在第二CCD上記錄此時激光焦點位置，然后移入針孔裝置，使第二CCD對針孔成像，并將針孔裝置的針孔運動到之前記錄的激光焦點位置處。

本發明的優點是：