激光成像系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及成像技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種激光成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]共焦顯微技術(shù)因其具有光學(xué)成像領(lǐng)域獨有的層析成像能力和顯著的橫向分辨能力，近來作為一種極其重要的測量和分析手段，被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)工程、材料工程、微電子制造、基因工程和精密測量等領(lǐng)域。共焦光路將光源、樣品和探測器三者置于彼此共軛的位置，光源經(jīng)過物鏡聚焦成衍射極限的光點對樣品形成點照明，并且由于針孔的限制，探測器只接收來自物鏡焦點處的信號，對樣品形成點探測。利用探測器探測到光強的變化可以獲得樣品表面的高度信息，實現(xiàn)對樣品形貌的高分辨三維成像。但現(xiàn)有共焦光路利用光強度響應(yīng)直接進行測量時，存在不足:信噪比低，易受環(huán)境背景光干擾；線性度差，易受強度響應(yīng)曲線ab段的非線性影響，降低層析精度；測量無絕對零點，不便于進行絕對跟蹤測量；易受樣品傾斜和表面粗糙特性影響，不利于微納尺度的高精度測量；橫向分辨能力與軸向分辨力不匹配，軸向分辨能力已達納米量級，而橫向分辨力僅達0.4m左右(針對可見光)，其結(jié)果嚴(yán)重限制了共焦顯微系統(tǒng)空間分辨能力的提高。由于存在上述原理性缺陷，現(xiàn)有共焦顯微鏡已不能滿足當(dāng)代科學(xué)研宄對光學(xué)高分辨和高層析成像能力的測量需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，本發(fā)明提供一種激光成像系統(tǒng)，通過設(shè)置兩組光電探測器，改善了成像系統(tǒng)的軸向分辨特性，從而提高了成像系統(tǒng)的整體分辨率。
[0004]本發(fā)明提供了一種激光成像系統(tǒng)，包括光強傳感子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、掃描子系統(tǒng)、控制子系統(tǒng)、主控計算機以及顯示子系統(tǒng)，其中，
[0005]所述光強傳感子系統(tǒng)將光強轉(zhuǎn)化為電壓信號，發(fā)送給所述數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)；
[0006]所述掃描子系統(tǒng)用于對被測品進行三維掃描；
[0007]所述控制子系統(tǒng)用于接收所述主控計算機的控制信號，并基于所述控制信號對掃描子系統(tǒng)進行控制，得到掃描位置信號，發(fā)送給所述數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)；
[0008]所述數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)將電壓信號和掃描位置信號發(fā)送給主控計算機；
[0009]所述主控計算機用于產(chǎn)生控制信號并發(fā)送給所述控制子系統(tǒng)，并對電壓信號和位置信號進行處理形成成像結(jié)果，然后發(fā)送給顯示子系統(tǒng)；
[0010]所述顯示系統(tǒng)對成像結(jié)果進行顯示。
[0011]具體地，所述掃描子系統(tǒng)包括激光器、第一光電探測器、第二光電探測器、LED光源、平移臺、第一偏振分光鏡、第二偏振分光鏡、第一聚光鏡、第二聚光鏡、第一針孔、第二針孔、第一半反半透鏡、第二半反半透鏡、λ /4波片、物鏡、成像透鏡以及CCD ;所述激光器的光束通過第一偏振分光鏡被分為兩路，一路入射到第一半反半透鏡，另一路入射到第二分光鏡；穿過第一半反半透鏡的光束入射到λ/4波片，并通過λ/4波片的垂直入射至物鏡，然后照射位于物鏡下的平移臺；第二分光鏡將入射光分為兩路，一路通過聚光鏡穿過第一針孔照射到第一光電探測器，另一路通過第二聚光鏡穿過第二針孔照射到第二光電探測器；所述LED光源的光束通過第二半反半透鏡照射到第一半反半透鏡；所述CCD垂直于所述LED光源光束，并平行于所述第二半反半透鏡，所述成像透鏡位于所述CCD和所述第二半反半透鏡之間；所述物鏡設(shè)置在固定有壓電陶瓷的物鏡架上。
[0012]所述數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)將掃描子系統(tǒng)的模擬掃描位置信號和光強傳感子系統(tǒng)的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后發(fā)送給所述主控計算機；
[0013]所述控制子系統(tǒng)根據(jù)所述主控計算機輸出的控制信號對掃描子系統(tǒng)的平移臺和物鏡架的移動位置進行控制。
【具體實施方式】
[0014]為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0015]本發(fā)明提供一種激光成像系統(tǒng)，包括光強傳感子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、掃描子系統(tǒng)、控制子系統(tǒng)、主控計算機以及顯示子系統(tǒng)，其中，
[0016]所述光強傳感子系統(tǒng)將光強轉(zhuǎn)化為電壓信號，發(fā)送給所述數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)；
[0017]所述掃描子系統(tǒng)用于對被測品進行三維掃描；
[0018]所述控制子系統(tǒng)用于接收所述主控計算機的控制信號，并基于所述控制信號對掃描子系統(tǒng)進行控制，得到掃描位置信號，發(fā)送給所述數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)；
[0019]所述數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)將電壓信號和掃描位置信號發(fā)送給主控計算機；
[0020]所述主控計算機用于產(chǎn)生控制信號并發(fā)送給所述控制子系統(tǒng)，并對電壓信號和位置信號進行處理形成成像結(jié)果，然后發(fā)送給顯示子系統(tǒng)；
[0021]所述顯示系統(tǒng)對成像結(jié)果進行顯示。
[0022]進一步地，所述掃描子系統(tǒng)包括激光器、第一光電探測器、第二光電探測器、LED光源、二維平移臺、第一偏振分光鏡、第二偏振分光鏡、第一聚光鏡、第二聚光鏡、第一針孔、第二針孔、第一半反半透鏡、第二半反半透鏡、λ/4波片、物鏡、成像透鏡以及CCD ;所述激光器的光束通過第一偏振分光鏡被分為兩路，一路入射到第一半反半透鏡，另一路入射到第二分光鏡；穿過第一半反半透鏡的光束入射到λ/4波片，并通過λ/4波片的垂直入射至物鏡，然后照射位于物鏡下的二維平移臺；第二分光鏡將入射光分為兩路，一路通過聚光鏡穿過第一針孔照射到第一光電探測器，另一路通過第二聚光鏡穿過第二針孔照射到第二光電探測器；所述LED光源的光束通過第二半反半透鏡照射到第一半反半透鏡；所述CCD垂直于所述LED光源光束，并平行于所述第二半反半透鏡，所述成像透鏡位于所述CCD和所述第二半反半透鏡之間；所述物鏡設(shè)置在物鏡架上，所述物鏡架固定有壓電陶瓷。所述二維平移臺在X-Y面內(nèi)平移。
[0023]具體地，所述壓電陶瓷固定在物鏡架上，帶動物鏡沿Z軸升降，實現(xiàn)對樣品的軸向測量。使用物鏡驅(qū)動方式減小了壓電陶瓷的負(fù)載，而且提高了物鏡的定位精度，保證了掃描的精度。
[0024]所述數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)將掃描子系統(tǒng)的模擬掃描位置信號和光強傳感子系統(tǒng)的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后發(fā)送給所述主控計算機；
[0025]具體地，所述數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的物理通道可以為16路或32路，每個通道配置有一個A/D轉(zhuǎn)換芯片；或者設(shè)置較少數(shù)量的A/D轉(zhuǎn)換芯片，并對各個物理通道進行輪詢操作。
[0026]所述控制子系統(tǒng)可以通過USB串口與主控計算機連接，通過軟件命令驅(qū)動物鏡架Z向運動，讀取當(dāng)前位置，也可以通過數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)模擬輸出功能，驅(qū)動物鏡架按一定波形運動，通過模擬輸入功能采集當(dāng)前物鏡架的位置信號。
[0027]二維平移臺帶動樣品在X/Y方向上運動，實現(xiàn)平面掃描。連接與測控方法與物鏡架相同。
[0028]所述控制子系統(tǒng)根據(jù)所述主控計算機輸出的控制信號對掃描子系統(tǒng)的平移臺和物鏡架的移動位置進行控制和采集。
[0029]本系統(tǒng)利用控制子系統(tǒng)對采樣子系統(tǒng)進行控制，完成對樣本成像切面各點光強度依次進行記錄，進而完成對成像樣本切面的面成像；然后在垂軸方向定量改變成像樣本的位置，對不同位置的樣本切面進行成像；最后通過主控計算機處理數(shù)據(jù)，實現(xiàn)樣本三維立體成像。
[0030]最后應(yīng)說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換，而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【主權(quán)項】
1.一種激光成像系統(tǒng)，包括光強傳感子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、掃描子系統(tǒng)、控制子系統(tǒng)、主控計算機以及顯示子系統(tǒng)，其特征在于， 所述光強傳感子系統(tǒng)將光強轉(zhuǎn)化為電壓信號，發(fā)送給所述數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)； 所述掃描子系統(tǒng)用于對被測品進行三維掃描； 所述控制子系統(tǒng)用于接收所述主控計算機的控制信號，并基于所述控制信號對掃描子系統(tǒng)進行控制，得到掃描位置信號，發(fā)送給所述數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)； 所述數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)將電壓信號和掃描位置信號發(fā)送給主控計算機； 所述主控計算機用于產(chǎn)生控制信號并發(fā)送給所述控制子系統(tǒng)，并對電壓信號和位置信號進行處理形成成像結(jié)果，然后發(fā)送給顯示子系統(tǒng)； 所述顯示系統(tǒng)對成像結(jié)果進行顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光成像系統(tǒng)，其特征在于， 所述光強傳感子系統(tǒng)包括第一光電探測器和第二光電探測器； 所述掃描子系統(tǒng)包括激光器、LED光源、平移臺、第一偏振分光鏡、第二偏振分光鏡、第一聚光鏡、第二聚光鏡、第一針孔、第二針孔、第一半反半透鏡、第二半反半透鏡、λ/4波片、物鏡、成像透鏡以及CCD ;所述激光器的光束通過第一偏振分光鏡被分為兩路，一路入射到第一半反半透鏡，另一路入射到第二分光鏡；穿過第一半反半透鏡的光束入射到λ/4波片，并通過λ/4波片的垂直入射至物鏡，然后照射位于物鏡下的平移臺；第二分光鏡將入射光分為兩路，一路通過聚光鏡穿過第一針孔照射到第一光電探測器，另一路通過第二聚光鏡穿過第二針孔照射到第二光電探測器；所述LED光源的光束通過第二半反半透鏡照射到第一半反半透鏡；所述CCD垂直于所述LED光源光束，并平行于所述第二半反半透鏡，所述成像透鏡位于所述CCD和所述第二半反半透鏡之間；所述物鏡設(shè)置在固定有壓電陶瓷的物鏡架上； 所述數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)將掃描子系統(tǒng)的模擬掃描位置信號和光強傳感子系統(tǒng)的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后發(fā)送給所述主控計算機； 所述控制子系統(tǒng)根據(jù)所述主控計算機輸出的控制信號對掃描子系統(tǒng)的平移臺和物鏡架的移動位置進行控制。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種激光成像系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括光強傳感子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、掃描子系統(tǒng)、控制子系統(tǒng)、主控計算機以及顯示子系統(tǒng)。本發(fā)明的激光成像系統(tǒng)通過設(shè)置兩組光電探測器，改善了成像系統(tǒng)的軸向分辨特性，從而提高了成像系統(tǒng)的整體分辨率。
【IPC分類】G01B11-00
【公開號】CN104697452
【申請?zhí)枴緾N201510145755
【發(fā)明人】趙東奇
【申請人】寧波高新區(qū)零零七工業(yè)設(shè)計有限公司
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年3月24日