[发明专利]一种在微米尺度下激光离焦量自动调节装置及其调节方法

权利要求书

1.一种在微米尺度下激光离焦量自动调节装置，其特征在于：包括一激光笔(1)，所述激光笔(1)发射光束的中心轴上配置了一个光束整形系统(2)和一块分束镜(3)，所述分束镜(3)与激光笔(1)的光束夹角为45o，所述分束镜(3)上下侧设有用于对样品表面形貌进行观察及对样品表面激光笔光斑进行探测的显微成像光学系统，所述显微成像光学系统的下方设有用于承载样品的三维载物台(7)，所述显微成像光学系统和三维载物台(7)均与控制主机电性连接。

2.根据权利要求1所述的在微米尺度下激光离焦量自动调节装置，其特征在于：所述显微成像光学系统包括CCD相机(4)和显微物镜(5)，所述分束镜(3)的上侧且垂直于激光笔(1)光束中心轴方向设置CCD相机(4)，所述分束镜(3)的下侧且垂直于激光笔光束中心轴方向设置显微物镜(5)，所述显微物镜(5)连接有压电陶瓷(6)，所述CCD相机(4)和压电陶瓷(6)均与所述控制主机电性连接。

3.根据权利要求2所述的在微米尺度下激光离焦量自动调节装置，其特征在于：所述分束镜(3)将所述激光笔(1)的部分光束通过显微物镜(5)汇聚在样品表面，且通过透射部分聚焦光斑折返光束，减弱所述CCD相机(4)所探测到的光斑亮度。

4.根据权利要求2所述的在微米尺度下激光离焦量自动调节装置，其特征在于：所述压电陶瓷(6)可以驱动所述显微物镜(5)上下移动，实现激光离焦量快速调节。

5.根据权利要求2所述的在微米尺度下激光离焦量自动调节装置，其特征在于：所述三维载物台(7)在调焦量超过所述压电陶瓷(6)行程时，能控制样品上下移动，使所述压电陶瓷(6)工作在预定的行程范围内。

6.根据权利要求2所述的在微米尺度下激光离焦量自动调节装置，其特征在于：所述光束整形系统(2)对所述激光笔(1)产生的光路进行调节，使所述激光笔(1)产生的光束在样品上聚焦变化率最大处的光斑尺寸与激光器产生稳定等离子体的位置一致。

7.一种利用权利要求2-6任一项所述的在微米尺度下激光离焦量自动调节装置的调节方法，其特征在于：首先，建立激光离焦量与图片区域亮斑像素点个数的模型，再进行调节，具体调节方法，包括以下步骤：

步骤1)：利用CCD相机(4)采集N张图；

步骤2)：求解N张图片的平均亮斑的像素点个数；

步骤3)：利用激光离焦量与图片区域亮斑像素点个数的模型，计算激光离焦量；

步骤4)：驱动三维载物台(7)和压电陶瓷(6)进行自动调焦；

步骤5)：重复以上步骤1、2、3和4，当步骤3所获得的调焦量小于1μm时，则表明本次调焦结束。

8.根据权利要求7所述的在微米尺度下激光离焦量自动调节装置的调节方法，其特征在于：步骤1)中，2<N<10。

9.根据权利要求7所述的在微米尺度下激光离焦量自动调节装置的调节方法，其特征在于：采用CCD相机(4)捕获的图片区域的亮斑像素点个数，通过亮斑像素点个数来获取光斑尺寸的大小。

10.根据权利要求9所述的在微米尺度下激光离焦量自动调节装置的调节方法，其特征在于：采用CCD相机(4)捕获的图片区域的亮斑像素点个数来获取光斑尺寸的大小，包括以下步骤：

步骤1)：首先采用中值滤波器对CCD相机(4)所拍摄的图片进行处理，消除图片中椒盐噪声的影响；

步骤2)：将图片进行归一化(0-1)，然后设定合适的阈值将图片进行二值化；

步骤3)：求解图片中像素值为1的像素点个数作为光斑区尺寸的大小。