[发明专利]超振荡环带片共焦成像系统的样品实时定焦装置与方法

权利要求书

1.超振荡环带片共焦成像系统的样品实时定焦装置，其特征在于，包括主光路和辅助定焦光路；

所述主光路，由激光器(1)出射激光，经单模光纤(2)进入第一准直透镜(3)后进入超振荡环带片(5)，然后经显微物镜(8)进入分光棱镜(9)，经分光棱镜(9)透射的部分进入管镜(10)并被CCD(11)接收，其中超振荡环带片(5)水平设置，样品(6)置于超振荡环带片(5)和显微物镜(8)之间，位于超振荡环带片(5)和显微物镜(8)的共轭焦点处；

所述辅助定焦光路，由白光LED光源(14)发出白光光束，经Y型多模光纤(13)的端口A进入第二准直透镜(12)，之后进入所述分光棱镜(9)，经分光棱镜(9)反射的部分进入色散物镜(7)形成沿轴的色散聚焦，样品(6)置于色散物镜(7)的测量范围内，其反射或散射光依次经所述色散物镜(7)和所述分光棱镜(9)返回Y型多模光纤(13)，并从其端口B进入光谱仪(15)；

所述色散物镜(7)与显微物镜(8)处于同一位置，替换使用。

2.根据权利要求1所述超振荡环带片共焦成像系统的样品实时定焦装置，其特征在于，所述激光器(1)出射的激光沿水平方向，在进入超振荡环带片(5)之前通过经反射镜(4)反射为竖直方向；所述白光LED光源(14)发出的白光光束沿水平方向，在进入色散物镜(7)之前经分光棱镜(9)反射为竖直方向。

3.利用权利要求1或2所述超振荡环带片共焦成像系统的样品实时定焦装置的样品实时定焦方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，利用光谱仪(15)的光谱响应曲线获得与样品(6)的下表面、超振荡环带片(5)的上表面对应的峰值波长；

步骤二，利用激光干涉仪对辅助定焦光路进行精确标定，得到一条波长-位移校准关系曲线，作为标定测量曲线；

步骤三，利用标定后的辅助定焦光路实现在原位对超振荡环带片(5)和样品(6)之间Z向距离的实时测量，并垂直移动样品(6)将其准确定焦至超振荡环带片(5)的最佳焦平面处。

4.根据权利要求3所述样品实时定焦方法，其特征在于，所述步骤一，白光光束经Y型多模光纤(13)形成点光源照明，经第二准直透镜(12)后由分光棱镜(9)分束，反射光束通过色散物镜(7)形成沿轴的色散聚焦，样品(6)的上下表面与超振荡环带片(5)上表面均处于轴向色散范围内，白光LED光源(14)聚焦的不同色光的连续聚焦将实时跟踪样品(6)与超振荡环带片(5)上不同高度位置的点，照射在样品(6)上下表面与超振荡环带片(5)上表面的反射或散射光再次进入Y型多模光纤(13)后由光谱仪(15)探测，光谱仪(15)探测的光谱响应曲线的三个峰值波长对应的光束恰聚焦于样品(6)的上下表面与超振荡环带片(5)上表面，此时实现了三点共轭聚焦成像，对应出现三个峰值波长，通过光谱信号处理，提取出与样品(6)的下表面、超振荡环带片(5)的上表面对应的峰值波长。

5.根据权利要求3所述样品实时定焦方法，其特征在于，以平面反射镜上表面为标定辅助定焦光路的待测表面，标定时，在保持色散物镜(7)不动的情况下，将平面反射镜上表面移动至色散物镜(7)工作范围的最低处，此时使用激光干涉仪对平面反射镜上表面的位置进行实时监控，以当前位置为位移零点，沿Z方向向上移动平面反射镜上表面，平面反射镜的反射或散射光进入光谱仪(15)，获得相应位移的峰值波长，实现平面反射镜的Z方向位移和光谱仪(15)经过光谱信号处理后得到的峰值波长相对应，由此得到一条波长-位移校准关系曲线。

6.根据权利要求3所述样品实时定焦方法，其特征在于，所述步骤三，在辅助定焦光路标定完成后，测量样品(6)和超振荡环带片(5)的Z向距离时，使用光谱仪(15)对光谱信号处理，提取出光强峰值对应的实际波长，将其代入标定测量曲线，即可求解得到样品(6)的位移值；当将超振荡环带片(5)和样品(6)共同作为待测物时，光谱响应曲线将出现三个峰值，第一个峰值对应样品(6)的上表面反射的波长峰值，第二个峰值对应样品(6)的下表面反射的波长峰值，第三个峰值对应超振荡环带片(5)的上表面反射的波长峰值，将第二个峰值和第三个峰值对应的波长代入标定测量曲线得到对应空气间隙，即超振荡环带片(5)与样品(6)的Z向距离。