[發(fā)明專利]單層及多層微納結構圖形試樣跟蹤裝置及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111114317.4
• 申請日: 2021-09-23
• 公開（公告）號: CN113899738A
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發(fā)明（設計）人: 劉星;魏勁松;許孝忠
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84;G01N21/01
• 代理公司: 上海恒慧知識產(chǎn)權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

單層及多層微納結構圖形試樣跟蹤裝置及方法,裝置包括照明模塊、線陣CCD、計算機、光闌、分光棱鏡、面陣CCD、激光器、分光元件、成像透鏡、反射鏡、擴束鏡、衰減片、1/2波片、偏振分光棱鏡、1/4波片等，將微納結構圖形試樣放置于位移臺上，通過粗調(diào)電機使得微納結構圖形試樣表面在面陣CCD中清晰成像，通過線陣CCD采集的激光光斑直徑數(shù)據(jù)得出當前位置的離焦量，控制壓電陶瓷實時自動跟蹤。利用線陣CCD中高精度像素使得激光光斑的微小變化即可被檢測，激光光斑經(jīng)過物鏡與成像系統(tǒng)進行了二次放大使得光斑的變化率變大，系統(tǒng)靈敏度高。本發(fā)明根據(jù)線陣CCD高速實時測量光斑直徑得出離焦距離而非通過光斑能量判斷。

技術領域

本發(fā)明涉及單層及多層微納結構圖形試樣高速跟蹤領域，是一種基于激光光斑直徑檢測離焦量的高速高精度高靈敏度跟蹤控制方法，可用于單層及多層微納結構圖形試樣的自動跟蹤。

背景技術

單層微納光學器件的微納結構直接影響其光學性能，因此單層微納光學器件需要進行結構檢測。多層微納存儲器可用于長久保存歷史級的文獻資料，這類保存方式是否可行主要受制于多層微納結構的讀取效率。在檢測與讀取單層及多層微納結構圖形試樣時，需要使用倍數(shù)大景深小的物鏡，在位移臺掃描運動時易發(fā)生離焦，使得采集圖像質量變差，無法使用，因此需要對單層及多層微納結構圖形試樣進行實時自動跟蹤。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服了現(xiàn)有技術的不足，根據(jù)線陣CCD高速實時測量激光光斑直徑得出離焦距離而非通過激光光斑能量判斷，可實現(xiàn)高速高精度高靈敏度跟蹤不同反射率的單層及多層微納結構圖形試樣。

本發(fā)明的技術解決方案如下：

單層及多層微納結構圖形試樣跟蹤裝置，其特征在于，包括物鏡、線陣CCD、面陣CCD、成像透鏡和分光元件，所述的線CCD到成像透鏡的距離，與所述的面CCD到成像透鏡的距離均等于該成像透鏡的焦距，且所述的線CCD到分光元件的距離與面CCD到分光元件的距離相同。入射光經(jīng)所述的物鏡匯聚后，照射在微納結構圖形試樣上，經(jīng)該微納結構圖形試樣反射，反射光經(jīng)成像透鏡成像、經(jīng)分光元件分束后，分別由所述的線陣CCD和面陣CCD清晰成像。壓電陶瓷和位移臺分別與控制器相連。將微納結構圖形試樣放置于位移臺上，通過粗調(diào)電機使得微納結構圖形試樣的表面在面陣CCD中清晰成像，通過線陣CCD采集的激光光斑直徑數(shù)據(jù)得出當前位置的離焦量，控制壓電陶瓷實時自動跟蹤。依次聚焦于微納結構圖形試樣各層可實現(xiàn)各層微納結構圖形試樣實時自動跟蹤。

為達到上述目的，本發(fā)明的步驟如下：

a)構建跟蹤光路：包括照明模塊、線陣CCD、計算機、光闌、分光元件、面陣CCD、激光器、分光棱鏡、成像透鏡、反射鏡、擴束鏡、衰減片、1/2波片、反射鏡、偏振分光棱鏡、1/4波片、粗調(diào)電機、壓電陶瓷、物鏡、供微納結構圖形試樣放置的位移臺、控制器；所述照明模塊發(fā)出白光依次經(jīng)過所述分光棱鏡和第一反射鏡，經(jīng)偏振分光棱鏡反射后，經(jīng)1/4波片、第二反射鏡、物鏡，到達微納結構圖形試樣，然后沿原光路返回到達分光棱鏡反射，到成像透鏡、第三反射鏡、經(jīng)過分光元件，分別到達線陣CCD和面陣CCD；激光器發(fā)出激光，經(jīng)過擴束鏡、衰減片、1/2波片、偏振分光棱鏡、1/4波片、第二反射鏡、物鏡，到達微納結構圖形試樣，然后沿原光路返回到達偏振分光棱鏡反射、第一反射鏡反射、分光棱鏡反射，到成像透鏡、第三反射鏡、經(jīng)過分光元件，分別到達線陣CCD和面陣CCD；所述的線陣CCD、面陣CCD、位移臺、控制器與所述計算機進行通訊；線陣CCD、壓電陶瓷、位移臺與控制器實時通訊；

b)將微納結構圖形試樣放置于位移臺上，控制壓電陶瓷運動到中間行程，通過粗調(diào)電機使得微納結構圖形試樣的第一層表面在面陣CCD中清晰成像，設該點為該層的焦點位置；

c)控制激光器，將激光器功率設定為p mW；