CN104697452A - 激光成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光成像系统，所述系统包括光强传感子系统、数据采集子系统、扫描子系统、控制子系统、主控计算机以及显示子系统。本发明的激光成像系统通过设置两组光电探测器，改善了成像系统的轴向分辨特性，从而提高了成像系统的整体分辨率。

Description

激光成像系统

技术领域

本发明涉及成像技术领域，特别涉及一种激光成像系统。

背景技术

共焦显微技术因其具有光学成像领域独有的层析成像能力和显著的横向分辨能力，近来作为一种极其重要的测量和分析手段，被广泛应用于生物医学工程、材料工程、微电子制造、基因工程和精密测量等领域。共焦光路将光源、样品和探测器三者置于彼此共轭的位置，光源经过物镜聚焦成衍射极限的光点对样品形成点照明，并且由于针孔的限制，探测器只接收来自物镜焦点处的信号，对样品形成点探测。利用探测器探测到光强的变化可以获得样品表面的高度信息，实现对样品形貌的高分辨三维成像。但现有共焦光路利用光强度响应直接进行测量时，存在不足：信噪比低，易受环境背景光干扰；线性度差，易受强度响应曲线ab段的非线性影响，降低层析精度；测量无绝对零点，不便于进行绝对跟踪测量；易受样品倾斜和表面粗糙特性影响，不利于微纳尺度的高精度测量；横向分辨能力与轴向分辨力不匹配，轴向分辨能力已达纳米量级，而横向分辨力仅达0.4m左右(针对可见光)，其结果严重限制了共焦显微系统空间分辨能力的提高。由于存在上述原理性缺陷，现有共焦显微镜已不能满足当代科学研究对光学高分辨和高层析成像能力的测量需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种激光成像系统，通过设置两组光电探测器，改善了成像系统的轴向分辨特性，从而提高了成像系统的整体分辨率。

本发明提供了一种激光成像系统，包括光强传感子系统、数据采集子系统、扫描子系统、控制子系统、主控计算机以及显示子系统，其中，

所述光强传感子系统将光强转化为电压信号，发送给所述数据采集子系统；

所述扫描子系统用于对被测品进行三维扫描；

所述控制子系统用于接收所述主控计算机的控制信号，并基于所述控制信号对扫描子系统进行控制，得到扫描位置信号，发送给所述数据采集子系统；

所述数据采集子系统将电压信号和扫描位置信号发送给主控计算机；

所述主控计算机用于产生控制信号并发送给所述控制子系统，并对电压信号和位置信号进行处理形成成像结果，然后发送给显示子系统；

所述显示系统对成像结果进行显示。

具体地，所述扫描子系统包括激光器、第一光电探测器、第二光电探测器、LED光源、平移台、第一偏振分光镜、第二偏振分光镜、第一聚光镜、第二聚光镜、第一针孔、第二针孔、第一半反半透镜、第二半反半透镜、λ/4波片、物镜、成像透镜以及CCD；所述激光器的光束通过第一偏振分光镜被分为两路，一路入射到第一半反半透镜，另一路入射到第二分光镜；穿过第一半反半透镜的光束入射到λ/4波片，并通过λ/4波片的垂直入射至物镜，然后照射位于物镜下的平移台；第二分光镜将入射光分为两路，一路通过聚光镜穿过第一针孔照射到第一光电探测器，另一路通过第二聚光镜穿过第二针孔照射到第二光电探测器；所述LED光源的光束通过第二半反半透镜照射到第一半反半透镜；所述CCD垂直于所述LED光源光束，并平行于所述第二半反半透镜，所述成像透镜位于所述CCD和所述第二半反半透镜之间；所述物镜设置在固定有压电陶瓷的物镜架上。

所述数据采集子系统将扫描子系统的模拟扫描位置信号和光强传感子系统的模拟电压信号转换为数字信号后发送给所述主控计算机；

所述控制子系统根据所述主控计算机输出的控制信号对扫描子系统的平移台和物镜架的移动位置进行控制。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种激光成像系统，包括光强传感子系统、数据采集子系统、扫描子系统、控制子系统、主控计算机以及显示子系统，其中，

所述光强传感子系统将光强转化为电压信号，发送给所述数据采集子系统；

所述扫描子系统用于对被测品进行三维扫描；

所述控制子系统用于接收所述主控计算机的控制信号，并基于所述控制信号对扫描子系统进行控制，得到扫描位置信号，发送给所述数据采集子系统；

所述数据采集子系统将电压信号和扫描位置信号发送给主控计算机；

所述主控计算机用于产生控制信号并发送给所述控制子系统，并对电压信号和位置信号进行处理形成成像结果，然后发送给显示子系统；

所述显示系统对成像结果进行显示。

进一步地，所述扫描子系统包括激光器、第一光电探测器、第二光电探测器、LED光源、二维平移台、第一偏振分光镜、第二偏振分光镜、第一聚光镜、第二聚光镜、第一针孔、第二针孔、第一半反半透镜、第二半反半透镜、λ/4波片、物镜、成像透镜以及CCD；所述激光器的光束通过第一偏振分光镜被分为两路，一路入射到第一半反半透镜，另一路入射到第二分光镜；穿过第一半反半透镜的光束入射到λ/4波片，并通过λ/4波片的垂直入射至物镜，然后照射位于物镜下的二维平移台；第二分光镜将入射光分为两路，一路通过聚光镜穿过第一针孔照射到第一光电探测器，另一路通过第二聚光镜穿过第二针孔照射到第二光电探测器；所述LED光源的光束通过第二半反半透镜照射到第一半反半透镜；所述CCD垂直于所述LED光源光束，并平行于所述第二半反半透镜，所述成像透镜位于所述CCD和所述第二半反半透镜之间；所述物镜设置在物镜架上，所述物镜架固定有压电陶瓷。所述二维平移台在X-Y面内平移。

具体地，所述压电陶瓷固定在物镜架上，带动物镜沿Z轴升降，实现对样品的轴向测量。使用物镜驱动方式减小了压电陶瓷的负载，而且提高了物镜的定位精度，保证了扫描的精度。

所述数据采集子系统将扫描子系统的模拟扫描位置信号和光强传感子系统的模拟电压信号转换为数字信号后发送给所述主控计算机；

具体地，所述数据采集子系统的物理通道可以为16路或32路，每个通道配置有一个A/D转换芯片；或者设置较少数量的A/D转换芯片，并对各个物理通道进行轮询操作。

所述控制子系统可以通过USB串口与主控计算机连接，通过软件命令驱动物镜架Z向运动，读取当前位置，也可以通过数据采集子系统模拟输出功能，驱动物镜架按一定波形运动，通过模拟输入功能采集当前物镜架的位置信号。

二维平移台带动样品在X/Y方向上运动，实现平面扫描。连接与测控方法与物镜架相同。

所述控制子系统根据所述主控计算机输出的控制信号对扫描子系统的平移台和物镜架的移动位置进行控制和采集。

本系统利用控制子系统对采样子系统进行控制，完成对样本成像切面各点光强度依次进行记录，进而完成对成像样本切面的面成像；然后在垂轴方向定量改变成像样本的位置，对不同位置的样本切面进行成像；最后通过主控计算机处理数据，实现样本三维立体成像。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种激光成像系统，包括光强传感子系统、数据采集子系统、扫描子系统、控制子系统、主控计算机以及显示子系统，其特征在于，

所述光强传感子系统将光强转化为电压信号，发送给所述数据采集子系统；

所述扫描子系统用于对被测品进行三维扫描；

所述控制子系统用于接收所述主控计算机的控制信号，并基于所述控制信号对扫描子系统进行控制，得到扫描位置信号，发送给所述数据采集子系统；

所述数据采集子系统将电压信号和扫描位置信号发送给主控计算机；

所述主控计算机用于产生控制信号并发送给所述控制子系统，并对电压信号和位置信号进行处理形成成像结果，然后发送给显示子系统；

所述显示系统对成像结果进行显示。

2.根据权利要求1所述的激光成像系统，其特征在于，

所述光强传感子系统包括第一光电探测器和第二光电探测器；

所述扫描子系统包括激光器、LED光源、平移台、第一偏振分光镜、第二偏振分光镜、第一聚光镜、第二聚光镜、第一针孔、第二针孔、第一半反半透镜、第二半反半透镜、λ/4波片、物镜、成像透镜以及CCD；所述激光器的光束通过第一偏振分光镜被分为两路，一路入射到第一半反半透镜，另一路入射到第二分光镜；穿过第一半反半透镜的光束入射到λ/4波片，并通过λ/4波片的垂直入射至物镜，然后照射位于物镜下的平移台；第二分光镜将入射光分为两路，一路通过聚光镜穿过第一针孔照射到第一光电探测器，另一路通过第二聚光镜穿过第二针孔照射到第二光电探测器；所述LED光源的光束通过第二半反半透镜照射到第一半反半透镜；所述CCD垂直于所述LED光源光束，并平行于所述第二半反半透镜，所述成像透镜位于所述CCD和所述第二半反半透镜之间；所述物镜设置在固定有压电陶瓷的物镜架上；

所述数据采集子系统将扫描子系统的模拟扫描位置信号和光强传感子系统的模拟电压信号转换为数字信号后发送给所述主控计算机；

所述控制子系统根据所述主控计算机输出的控制信号对扫描子系统的平移台和物镜架的移动位置进行控制。