針對傳統(tǒng)共焦顯微技術(shù)中軸向掃描范圍和掃描速度無法兼顧的問題,提出一種基于虛擬針孔探測的大范圍分光瞳激光差動共焦顯微快速定焦方法。通過分光瞳原理,將偏心光束法定焦和分光瞳虛擬針孔探測技術(shù)相結(jié)合,先利用激光光斑在CCD上的位置和樣品位置的對應(yīng)關(guān)系實現(xiàn)大范圍的粗略定焦,再通過虛擬針孔差動傳感實現(xiàn)高精度定焦,從而實現(xiàn)軸向大范圍快速定焦。實驗表明該方法軸向分辨力可以達到10nm,最大傳感范圍可達到70um,定焦速度是傳統(tǒng)定焦方法的3.6倍。

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【部分圖文】：

圖1定焦原理示意圖

1.1粗定焦原理如圖1所示,如果照明光瞳和收集光瞳嚴格沿X方向放置,那么當樣品在焦面附近上下移動時,在CCD探測面上的激光光斑會沿Xc方向左右移動,基于此特性,根據(jù)光斑位置和樣品位置的關(guān)系得到粗略的焦點位置。

圖2定焦流程圖

定焦過程可由圖2表示,第一步先控制CCD拍攝一張激光光斑圖像,如果拍攝成功,根據(jù)粗傳感曲線系數(shù)計算焦點位置,然后物鏡驅(qū)動器驅(qū)動物鏡移動到焦點位置,第二步再次拍攝光斑圖像,根據(jù)精確傳感曲線系數(shù)計算得到精確焦點位置,實現(xiàn)整個定焦過程,最終的定焦精度就是精定焦的定焦精度。根據(jù)圖2的流程....

圖3光斑位置和軸向位置關(guān)系

實驗中采用平面反射鏡作為實驗樣品進行粗定焦實驗,在光斑處于CCD之內(nèi)時讓反射鏡以一定步距上下移動,并獲取各個位置的光斑圖像,計算光斑位置并記錄樣品軸向位置。圖3(a)是不同位置的光斑圖像,圖3(b)是實際測量的離焦距離和光斑位置的傳感曲線。從圖3可以看出當樣品從上到下移動過程中光....

圖4軸向傳感曲線

為了提高定焦精度,在粗定焦的基礎(chǔ)上進行了精細定焦實驗。獲得粗略焦點位置的光斑圖像,在光斑左右設(shè)置兩個對稱的虛擬針孔,調(diào)整針孔大小和距離,計算針孔內(nèi)平均灰度值并進行差動相減得到軸向曲線,如圖4所示。從圖中可以得到軸向曲線中間部分是一段線性的,線性范圍為3μm。取圖4線性段進行曲線擬....

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