[發(fā)明專利]一種在微米尺度下激光離焦量自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置及其調(diào)節(jié)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811036090.4
• 申請(qǐng)日: 2018-09-06
• 公開（公告）號(hào): CN109297940A
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫蘭香;汪為;鄭黎明;齊立峰;張鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所
• 主分類號(hào): G01N21/63
• 分類號(hào): G01N21/63;G01J3/443;G01J3/02
• 代理公司: 沈陽(yáng)科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 何麗英

1.一種在微米尺度下激光離焦量自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，其特征在于：包括一激光筆(1)，所述激光筆(1)發(fā)射光束的中心軸上配置了一個(gè)光束整形系統(tǒng)(2)和一塊分束鏡(3)，所述分束鏡(3)與激光筆(1)的光束夾角為45o，所述分束鏡(3)上下側(cè)設(shè)有用于對(duì)樣品表面形貌進(jìn)行觀察及對(duì)樣品表面激光筆光斑進(jìn)行探測(cè)的顯微成像光學(xué)系統(tǒng)，所述顯微成像光學(xué)系統(tǒng)的下方設(shè)有用于承載樣品的三維載物臺(tái)(7)，所述顯微成像光學(xué)系統(tǒng)和三維載物臺(tái)(7)均與控制主機(jī)電性連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在微米尺度下激光離焦量自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，其特征在于：所述顯微成像光學(xué)系統(tǒng)包括CCD相機(jī)(4)和顯微物鏡(5)，所述分束鏡(3)的上側(cè)且垂直于激光筆(1)光束中心軸方向設(shè)置CCD相機(jī)(4)，所述分束鏡(3)的下側(cè)且垂直于激光筆光束中心軸方向設(shè)置顯微物鏡(5)，所述顯微物鏡(5)連接有壓電陶瓷(6)，所述CCD相機(jī)(4)和壓電陶瓷(6)均與所述控制主機(jī)電性連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的在微米尺度下激光離焦量自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，其特征在于：所述分束鏡(3)將所述激光筆(1)的部分光束通過(guò)顯微物鏡(5)匯聚在樣品表面，且通過(guò)透射部分聚焦光斑折返光束，減弱所述CCD相機(jī)(4)所探測(cè)到的光斑亮度。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的在微米尺度下激光離焦量自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，其特征在于：所述壓電陶瓷(6)可以驅(qū)動(dòng)所述顯微物鏡(5)上下移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)激光離焦量快速調(diào)節(jié)。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的在微米尺度下激光離焦量自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，其特征在于：所述三維載物臺(tái)(7)在調(diào)焦量超過(guò)所述壓電陶瓷(6)行程時(shí)，能控制樣品上下移動(dòng)，使所述壓電陶瓷(6)工作在預(yù)定的行程范圍內(nèi)。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的在微米尺度下激光離焦量自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，其特征在于：所述光束整形系統(tǒng)(2)對(duì)所述激光筆(1)產(chǎn)生的光路進(jìn)行調(diào)節(jié)，使所述激光筆(1)產(chǎn)生的光束在樣品上聚焦變化率最大處的光斑尺寸與激光器產(chǎn)生穩(wěn)定等離子體的位置一致。

7.一種利用權(quán)利要求2-6任一項(xiàng)所述的在微米尺度下激光離焦量自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)方法，其特征在于：首先，建立激光離焦量與圖片區(qū)域亮斑像素點(diǎn)個(gè)數(shù)的模型，再進(jìn)行調(diào)節(jié)，具體調(diào)節(jié)方法，包括以下步驟：

步驟1)：利用CCD相機(jī)(4)采集N張圖；

步驟2)：求解N張圖片的平均亮斑的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)；

步驟3)：利用激光離焦量與圖片區(qū)域亮斑像素點(diǎn)個(gè)數(shù)的模型，計(jì)算激光離焦量；

步驟4)：驅(qū)動(dòng)三維載物臺(tái)(7)和壓電陶瓷(6)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)焦；

步驟5)：重復(fù)以上步驟1、2、3和4，當(dāng)步驟3所獲得的調(diào)焦量小于1μm時(shí)，則表明本次調(diào)焦結(jié)束。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的在微米尺度下激光離焦量自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)方法，其特征在于：步驟1)中，2<N<10。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的在微米尺度下激光離焦量自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)方法，其特征在于：采用CCD相機(jī)(4)捕獲的圖片區(qū)域的亮斑像素點(diǎn)個(gè)數(shù)，通過(guò)亮斑像素點(diǎn)個(gè)數(shù)來(lái)獲取光斑尺寸的大小。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的在微米尺度下激光離焦量自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)方法，其特征在于：采用CCD相機(jī)(4)捕獲的圖片區(qū)域的亮斑像素點(diǎn)個(gè)數(shù)來(lái)獲取光斑尺寸的大小，包括以下步驟：

步驟1)：首先采用中值濾波器對(duì)CCD相機(jī)(4)所拍攝的圖片進(jìn)行處理，消除圖片中椒鹽噪聲的影響；

步驟2)：將圖片進(jìn)行歸一化(0-1)，然后設(shè)定合適的閾值將圖片進(jìn)行二值化；

步驟3)：求解圖片中像素值為1的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)作為光斑區(qū)尺寸的大小。