[發明專利]基于數字全息的樣品漂移主動補償方法及裝置

在審

• 申請號: 201410819838.3
• 申請日: 2014-12-24
• 公開（公告）號: CN104568753A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 李奇峰;沙乾坤;王洋;雷海;胡曉東;陳達
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G06F17/30
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

技術領域

本發明屬于精密測量領域，尤其涉及一種基于數字全息的樣品漂移主動補償方法及裝置。

技術背景

對于高精密的測量設備而言，外界的輕微擾動會引起測量誤差。尤其是精度要求很高的場所(nm量級)，設備運行時內部的振動，地面的振動和測量樣品自身的流動都會造成測量誤差，使測量的結果失真。

例如對于超分辨顯微系統而言，在其成像過程中，由于熱漂移和應力漂移等因素的影響，樣品會在軸向位置上發生位置漂移產生離焦，對顯微系統的成像精度造成影響。特別是對于基于單分子定位的超分辨顯微技術，如基于探針定位技術的光敏定位顯微鏡(Photo?Activated?Localization?Microscopy，PALM)和隨機光學重建顯微鏡(Stochastic?Optical?Reconstruction?Microscopy，STORM)等，需要對同一樣品面進行多次重復的成像，這種漂移所帶來的影響更為明顯，因為軸向漂移將導致多次重復成像的并非為同一樣品面。同時，由于外界和自身的擾動因素造成移動平臺發生的輕微振動會使樣品發生軸向位移和平面位移。樣品的平面漂移將使顯微系統所成的相失真。因此，一種可以實時對樣品的空間漂移進行檢測并進行三維補償的方法在顯微系統中具有十分重要的應用價值。

近年來，隨著科學技術的發展，科研工作者們提出了多種測量樣品漂移的方法，其中以光學非接觸測量方法的應用最為廣泛。目前，光學非接觸測量方法多是基于共焦系統。這種系統雖然具有較好的測量精度，但是構造比較復雜，且只針對軸向漂移，無法實現三維漂移補償。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明旨在提供一種樣品漂移主動補償方法及裝置，提高測量系統對樣品漂移的補償速度和精度，并實現三維尺度上的漂移補償。為此，本發明采取的技術方案是，基于數字全息的樣品漂移主動補償裝置，包括：激光器，衰減器，特殊載玻片，三維納米移動平臺，物鏡，二維高速光電檢測器，處理系統，反饋系統，移動平臺控制臺，虛線處的平面為全息圖平面；

由激光器生成單色連續激光，用于系統的照明光源；

衰減器用于調節激光器發出的照明激光的光強；

特殊載玻片固著于三維納米移動平臺上，用于承載樣品并且附著或刻蝕微球；

三維納米移動平臺通過調節位置用于主動補償樣品的漂移；

物鏡用于成像，使二維高速光電檢測器獲取全息圖；

二維高速光電檢測器為CMOS或高速CCD，用于快速獲取微球位相圖的位置和位相的變化；

處理系統根據二維高速光電檢測器提供的微球位相圖，通過全息圖的數值重構或利用衍射圖樣相關性匹配方式確定微球的位移量，從而得到樣品的漂移量，向反饋系統提供信號確定其反饋量；

反饋系統根據樣品的漂移量向移動平臺控制臺提供反饋信號；

移動平臺控制臺接收反饋信號，根據反饋信號輸出電壓驅動位置調節進行納米級的補償。

用于附著的微球是直徑為0.5-10μm的微球；微球固定在三維納米移動平臺基底上，微球的固定分為物理方法和生物包被法兩種。物理方法是將微球熔融在玻璃基底上達到固定的目的，生物包被法是在微球表面用鏈霉親和素包被，用氨基或者羧基基團對玻璃基底進行修飾，通過化學鍵的作用將微球固定在玻璃基底上；

直接刻蝕出微球：刻蝕的方式分為干法刻蝕和濕法刻蝕，濕法刻蝕主要通過腐蝕液與三維納米移動平臺基底玻璃表面接觸形成一個硅酸鹽層，然后被研磨掉；干法刻蝕通過刻蝕氣體或高速離子撞擊等方式破壞三維納米移動平臺基底二氧化硅表面從而實現刻蝕效果。

基于數字全息的樣品漂移主動補償裝置，包括：激光器，半透半反分光鏡，第一衰減器，物鏡，三維納米移動平臺，第二衰減器，擴束裝置，分光棱鏡，光闌，二維高速光電檢測器，處理系統，反饋系統，移動平臺控制臺；

由激光器生成單色連續激光，用于系統的照明光源；

半透半反分光鏡透過部分連續激光作為物光波，反射部分連續激光作為參考光波；

第一衰減器用于調節透過半透半反分光鏡的激光強度。

物鏡用于將調節后的連續激光聚焦于樣品并反向收集樣品表面反射的物光波；

三維納米移動平臺上放置有待測樣品，通過調節位置用于主動補償樣品的漂移；

第二衰減器用于調節半透半反分光鏡反射的激光強度，作為參考光波；

擴束鏡由兩個透鏡組成，用于調整參考光波的信寬與經物鏡反向收集的物光波信寬相同；

分光棱鏡用于將擴束后的參考光波與物光波合束；

光闌用于遮擋透過分光棱鏡的參考光波；