[发明专利]对称移焦式轴向高分辨共焦显微成像装置

说明书

技术领域

对称移焦式轴向高分辨共焦显微成像装置属于光学精密测量领域，特别涉及一种对称移焦式共焦显微成像方法。 

背景技术

激光共焦显微成像技术作为一种具有非接触、高轴向分辨力的三维成像方法，在光学精密测量领域中得到广泛应用，尤其是随着微结构元件加工的精密度不断提高，对其研究和应用的价值也在不断提升。 

在共焦显微技术中，国内外学者针对如何提高共焦显微系统的三维成像能力作了大量的研究，其方法主要可分为两类：一类是引入各种超分辨光瞳滤波器元件，以实现突破衍射极限，改善共焦显微方法的分辨能力，如采用相位型滤波器、复振幅型滤波器等，通过改变系统光强分布，压缩主瓣半极值宽度，从而提高系统的三维探测能力，但由于轴向分辨力和横向分辨力难以同时获得最优，从而在应用中受到限制;另一类是改变共焦显微系统的结构，将探测光强信号进行分束，通过对探测信号进行再处理来提高共焦系统的分辨能力，如，激光干涉共焦显微技术、差动共焦显微技术等。 

差动共焦扫描显微技术，如附图1，是利用探测器轴向离焦仅产生轴向响应平移的光学基本特性，将探测光路分为两路，两个探测针孔分别置于距像方焦平面等距离的远离焦和近离焦平面位置，通过对两路探测光强度响应信号进行差动计算，使轴向探测灵敏度提高。该方法与传统的共焦显微成像方法相比，具有独特的零点跟踪特性、高轴向分辨力和二倍于传统共焦的轴向响应线性区间，轴向分辨力提高的同时，扩大了轴向测量范围，并且不影响径向分辨力。但该方法由于探测针孔位置对于共焦系统的分辨力提高起着重要作用，而在实际应用中难以对针孔位置实现准确调整，不能使两探测针孔位于最佳位置，从而使其性能难以达到最优。 

发明内容

为了解决上述问题，本发明设计了一种对称移焦式轴向高分辨共焦显微成像装置，该对称移焦式轴向高分辨共焦显微成像装置不仅等同于差动共焦显微技术，而且移焦量可准确设置，使系统轴向分辨能力达到最优，同时免除了复杂的针孔对称离焦调整。 

本发明的目的是这样实现的： 

对称移焦式轴向高分辨共焦显微成像装置，包括照明光路和探测光路， 

所述的照明光路沿光束传播方向依次设置激光器、准直镜组、偏振分光镜、1/4λ波片、聚焦显微物镜和样品;激光器发出的光束经准直镜组准直后，平行穿过偏振分光镜和1/4λ波片，由聚焦显微物镜会聚到被测物体上; 

所述的探测光路包括1:1普通分光镜，第一路位相滤波器，第一路收集透镜，第一路针孔，第一路光强转换器，第二路位相滤波器，第二路收集透镜，第二路针孔，第二路光强转换器；从被测物体反射的光束，先后经过聚焦显微物镜和1/4λ波片，并由偏振分光镜反射到1:1普通分光镜，被1:1普通分光镜反射的光束依次经过第一路位相滤波器，第一路收集透镜和第一路针孔由第一路光强转换器接收;所述的第一路针孔位于第一移焦而，第一移焦面处于未加第一路位相滤波器时的焦而后方位置;经1:1普通分光镜透射的光束依次经过第二路位相滤波器，第二路收集透镜和第二路针孔由第二路光强转换器接收;所述的第二路针孔位于第二移焦面，第二移焦面处于未加第二路位相滤波器时的焦面前方位置。 

上对称移焦式轴向高分辨共焦显微成像装置，所述的第一路位相滤波器与第二路位相滤波器共轭;所述的第一移焦面与第二移焦面关于未加第一路位相滤波器与第二路位相滤波器时，第一路收集透镜与第二路收集透镜的焦面对称。 

上对称移焦式轴向高分辨共焦显微成像装置，第一路针孔位于未加第一路位相滤波器时，第一路收集透镜的焦面位置;第二路针孔位于未加第二路位相滤波器时，第二路收集透镜的焦面位置。 

上对称移焦式轴向高分辨共焦显微成像装置，第一路位相滤波器为圆对称，二环或多环结构;第二路位相滤波器为圆对称，二环或多环结构。 

上对称移焦式轴向高分辨共焦显微成像装置，所述的第一路收集透镜与第二路收集透镜相同，第一路针孔与第二路针孔相同，第一路光强转换器与第二路光强转换器相同。 

本发明的有益效果在于： 

1、本发明中两路收集光路采用了对称移焦技术，两探测光路的轴向光强分布相对于未加滤波器时实现了对称平移，其效果等同于差动共焦显微技术; 

2、本发明利用位相光瞳滤波器具有移焦的特性，通过使用共轭位相光瞳滤波器， 将探测光路中的焦面进行准确地对称移焦，由于移焦量可准确设置，因此可使系统轴向分辨能力达到最优; 

3、该方法在实际应用中免除了复杂的针孔对称离焦调整，只需要在未加滤波器时，使两探测光路的针孔置于焦面位置，然后将滤波器加入即可。