[发明专利]一种实现激光扫描与同轴监控一体的高倍显微物镜光路系统

说明书

本发明公开了一种实现激光扫描与同轴监控一体的高倍显微物镜光路系统，包括依次相接的总孔径光阑、大角度望远光路、分光棱镜和高倍率显微物镜光路；其中，总孔径光阑的光路轴线和大角度望远光路的光路轴线重合；大角度望远光路的光路轴线与高倍率显微物镜光路的光路轴线相互垂直。本发明利用大角度望远系统将激光扫描光路的孔径光阑与显微物镜孔径光阑匹配，解决了激光扫描光路要求孔径光阑前置与高倍显微物镜光路要求将孔径光阑中置的矛盾；满足激光平场扫描系统要求将总孔径光阑前置，同时第二透镜组作为高倍显微物镜实现对激光标记或打孔的高倍率监控；整个光路系统作为激光扫描系统满足远心扫描条件；通过一个分光棱镜可以实现激光与可见光波段分光。

技术领域

本发明涉及一种实现激光扫描与同轴监控一体的高倍显微物镜光路系统，属于激光扫描领域。

背景技术

F-theta镜头是激光扫描系统中必不可少的重要组成部分，已广泛应用于打标机、导弹跟踪瞄准、激光打印机、传真机集成电路激光图形发生器和生物芯片检测仪等精密设备中，本质上F-theta镜头通过引入桶形畸变，使得像高线性正比于扫描角。与成像物镜不同，F-theta镜头的像高与视场角成正比。如图1所示F-theta镜头的视场角、焦距和像高满足(1-1)式所示的关系，式中，y为像高，f’为焦距，θ为视场角：

y＝f’×θ(1-1)

由于F-theta扫描系统需要借助振镜系统或六角转镜实现二维或一维扫描，振镜片或转镜反光面是系统实际的孔径光阑，光路设计上要求将孔径光阑放置在光学系统最前端，即光阑前置，如专利US 6,324,015 B1，专利US 005087987 A等所述。

在激光微精加工领域，借助振镜扫描系统实现激光在工件表面二维扫描，同时对加工表面的标记或打孔实时监控，当标记或打孔达到微米级别时，须借助高倍率显微物镜实现放大；常规显微物镜在设计时为校正多种像差，通常将孔径光阑放置在靠近光路系统中间的位置，不能满足激光扫描系统要求的将孔径光阑前置的要求，如将孔径光阑设在前端，导致显微物镜系统前后不对称，像差校准困难。

发明内容

为了解决上述现有技术的缺陷，本发明提供一种实现激光扫描与同轴监控一体的高倍显微物镜光路系统，利用大角度望远系统将激光扫描光路的孔径光阑与显微物镜孔径光阑匹配，解决了激光扫描光路要求孔径光阑前置与高倍显微物镜光路要求将孔径光阑中置的矛盾。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种实现激光扫描与同轴监控一体的高倍显微物镜光路系统，包括依次相接的总孔径光阑、大角度望远光路、分光镜和高倍率显微物镜光路；其中，总孔径光阑的光路轴线和大视场角望远光路的光路轴线重合；大角度望远光路的光路轴线与高倍率显微物镜光路的光路轴线相互垂直；大角度望远光路包括顺序相接的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；其中，第一透镜与总孔径光阑相邻；第一透镜和第四透镜为具有正光焦度的双凸透镜；第三透镜为具有正光焦度的弯月形透镜，第三透镜的凹面朝向总孔径光阑；第二透镜为具有负光焦度的双凹透镜；分光镜为分光棱镜或分光分束镜。

分光镜优选为分光棱镜。

本申请将大角度望远光路视为第一透镜组G1；将高倍率显微物镜光路视为第二透镜组G2。本申请光路系统总孔径光阑O1，高倍率显微物镜光路视为第二透镜组G2的孔径光阑O2。

本申请所描述的总孔径光阑O1与第二透镜组G2的孔径光阑O2匹配意指：总孔径光阑O1经过第一透镜组G1、分光棱镜以及第二透镜组G2的前组(含第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜)成像与第二透镜组G2的孔径光阑位置重合。

本申请区别于激光共聚焦显微系统，激光共聚焦显微系统光路中，孔径光阑孔径较小可以看作点光源，经过准直得到平行光，再通过显微物镜聚焦，通过移动平台实现点扫描扩展到面扫描，本质上是准直镜加聚焦镜；本发明的光路系统本质上是一种激光平场扫描系统，属于F-theta镜头范畴。