CN117928384A - 一种图像引导的激光聚焦扫描系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种图像引导的激光聚焦扫描系统，包括：激光模块、波前校正调制模块、干涉光成像模块、指示光成像模块、数据处理模块和控制模块；通过利用有调制成像和无调制光传输组合式的自适应光学技术完成对样品相对位置变化及样品像差引起激光波前变化的实时调整，实现了在无调制光传输时提高信噪比，在有调制成像时提高了成像分辨率，为样品情况提供实时的高分辨率的干涉图像信息，通过实时扫描样品内部不同深度、宽度和轴向位置并记录的所述扫描点的位置、定向信息和指示光成像模块拍摄的所述扫描点的样品实时照片反馈调整激光光束聚焦至样品，重新规划扫描路径，有效提高了该图像引导的激光聚焦扫描系统的准确度和速度。
Description
技术领域
本发明涉及光学检测技术领域，特别是涉及一种图像引导的激光聚焦扫描系统。
背景技术
利用激光光束、光学相干层析技术高精度检测和计算机精密计算进行轨迹规划，将传统检测中由人工完成的关键步骤自动化、智能化实现的一种检测方法。光学相干层析成像系统需要在激光切削前精确测量物体表面的位置及轮廓，切削后观测切削的位置。切削过程中存在各种误差：激光控制器可能因各种原因误算了激光脉冲的位置，包括光学像差、光路误差、激光的制造公差问题、诊断误差和组件的热力蠕变等等。
通常采用光学相关断层扫描成像系统（optical coherence tomography, OCT）对样品进行扫描成像，获取样品图像，再根据获取的样品图像信息，重新规划扫描路径。OCT成像系统的分辨率直接影响手术精度，而OCT成像系统的横向分辨率，同样与聚焦光斑的大小相关。OCT成像系统的成像速度也影响了切削速度，减少成像准备时间，提高成像速度也与光路能否快速灵敏聚焦相关。
因此，迫切需要研制出一种能够快速的将成像光束聚焦样品高分辨率成像，通过图像信息反馈校正扫描光束扫描样品的激光光学聚焦扫描系统。
发明内容
基于此，有必要提供一种图像引导的激光聚焦扫描系统，利用有调制成像和无调制光传输组合式的自适应光学技术完成对样品相对位置变化及样品像差引起激光波前变化的实时调整，实现了在无调制光传输时提高信噪比，在有调制成像时提高了成像分辨率，为样品情况提供实时的高分辨率的干涉图像信息，通过干涉图像信息、三维振镜扫描模块实时扫描样品内部不同深度、宽度和轴向位置并记录的所述扫描点的位置、定向信息和指示光成像模块拍摄的所述扫描点的样品实时照片反馈调整激光光束聚焦至样品，重新规划扫描路径，有效提高了该图像引导的激光聚焦扫描系统的准确度和速度。
一种图像引导的激光聚焦扫描系统，包括：激光模块、波前校正调制模块、干涉光成像模块、指示光成像模块、数据处理模块和控制模块；
所述激光模块，用于将出射的激光光束进行光斑整形、扩大能量，调节所述激光光束的水平横截面位置、水平纵面位置和垂直深度位置，传输调节后的所述激光光束聚焦至样品进行扫描并记录所述样品的扫描点的位置、定向信息；
所述干涉光成像模块，用于将发出的成像光束转化成两束偏振态互相正交的第一参考束偏振光、第二参考束偏振光，并使两束参考束偏振光和所述波前校正调制模块形成的相位调制成像光束聚焦至样品反射形成含有样品波前信息的图像束偏振光，并使得所述第一参考束偏振光和所述含有样品波前信息的图像束偏振光两者干涉形成含有样品波前信息的干涉光；
所述波前校正调制模块，用于调制校正过波前低阶相差和高阶相差的所述成像光束的相位得到相位调制成像光束，并使所述相位调制成像光束经由原光路依次反射回所述干涉光成像模块；
所述指示光成像模块，用于将发出的指示光光束聚焦至所述扫描点后将反射光沿反射光路返回所述指示光成像模块，以及收集所述扫描点的含有样品波前信息的所述成像光束的光斑信息和反射回的所述指示光光束的光斑信息；
所述数据处理模块，用于对所述干涉光成像模块采集的所述含有样品波前信息的干涉光进行数据处理、信息提取生成干涉图像信息，分析所述指示光成像模块收集的所述扫描点的含有样品波前信息的所述成像光束的光斑信息和反射回的所述指示光光束的光斑信息生成照片信息，并将数据传输至所述控制模块；
控制模块，用于根据所述数据处理模块分析的所述干涉图像信息、所述照片信息和所述扫描点的位置、定向信息，引导所述激光模块发射的激光光束在所述扫描点聚焦和扫描。
在其中一个实施例中，所述激光模块包括依次连接的激光器、光束整形器、激光快闪开关、光栅和激光振镜扫描单元，所述激光器用于发射激光光束，所述光束整形器用于获取所述激光光束中的圆形光斑，并使所述激光光束聚焦后光斑径向均匀分布；所述激光快闪开关连接于所述控制模块，用于控制所述激光光束在工作过程中的通断；所述光栅用于增大所述激光光束的能量；所述激光振镜扫描单元用于调节所述激光光束的水平横截面位置、水平纵面位置和垂直深度位置，传输所述激光光束聚焦至样品进行扫描并记录所述扫描点的位置、定向信息。
在其中一个实施例中，所述激光器为全光纤振荡器，所述激光器发射出的激光光束为连续发射的平行激光光束，或者脉冲发射的脉冲激光光束。
在其中一个实施例中，所述光束整形器为视场光阑；和/或所述光栅为布拉格光栅。
在其中一个实施例中，所述干涉光成像模块包括依次设置在光路上的成像光源、偏振光产生模块、图像束偏振光产生模块和相干光发生模块；
所述偏振光产生模块设置在所述成像光源的出光口，包括依次设置在光路上的偏振光发生器、偏振光分束器和第一反射镜，所述偏振光发生器用于将所述成像光源发出的成像光束形成成像偏振光，所述偏振光分束器用于将所述成像偏振光分成能量相等且偏振态互相正交的第一成像偏振光和第二成像偏振光；所述第一反射镜用于将入射的所述第一成像偏振光反射回所述偏振光分束器并传输至所述相干光发生模块，形成参考束成像偏振光，并使得所述第二成像偏振光入射至所述波前校正调制模块校正相差调制相位；
所述图像束偏振光产生模块包括分光镜及设置在所述分光镜反射光路上的波片、第一透镜、半透半反射镜和第二透镜；所述分光镜用于将一部分所述相位调制成像偏振光反射回所述波前校正调制模块，并将一部分所述相位调制成像偏振光传输至所述波片；所述波片用于对一部分所述相位调制成像偏振光和带有样品波前信息的反射光的偏振态进行调整，使得两束光的偏振态相互正交；所述第一透镜用于将另一部分所述相位调制成像偏振光和经过所述波片的两束偏振态相互正交的光传输至所述半透半反射镜；所述半透半反射镜用于将所述两束偏振态相互正交的光和经过所述第二透镜的含有样品波前信息的图像束偏振光的一部分光反射到所述指示光成像模块，将另一部分所述相位调制成像偏振光反射至所述第二透镜并将含有样品波前信息的图像束偏振光沿原光路返回至所述波前校正调制模块；所述第二透镜用于聚焦另一部分所述相位调制成像偏振光至样品；
所述相干光发生模块用于将所述参考束成像偏振光和所述含有样品波前信息的图像束偏振光进行干涉形成含有样品波前信息的相干干涉光。
在其中一个实施例中，所述第二透镜用于将所述激光模块发出的激光光束和所述干涉光成像模块发射的成像光束聚焦至样品，并用于作为所述图像引导的激光聚焦扫描系统的成像聚焦镜头和激光束扫描聚焦镜头，所述第二透镜构成远距离校正光学系统的聚焦物镜，所述激光模块、所述干涉光成像模块、所述指示光成像模块共同组成远距离校正光学系统。
在其中一个实施例中，所述波前校正调制模块包括依次设置在光路上的空间光调制器、低阶相差校正器、高阶相差校正器和第三反射镜，所述空间光调制器用于调制所述校正过波前低阶相差和高阶相差的所述第二成像偏振光的相位，得到相位调制成像偏振光，并使所述相位调制成像偏振光经由所述图像束偏振光产生模块聚焦样品，并经由原光路依次反射回所述图像束偏振光产生模块和所述相干光发生模块中；所述低阶相差校正器用于校正所述第二成像偏振光波前低阶相差；所述高阶相差校正器用于校正所述第二成像偏振光的高阶相差；所述第三反射镜用于将校正过波前低阶相差和高阶相差的所述第二成像偏振光沿光路反射回所述空间光调制器。
在其中一个实施例中，所述指示光成像模块包括依次设置在所述半透半反射镜反射光路上的四分之一波片、第三透镜、高速相机和指示光光源，所述四分之一波片用于使得所述半透半反射镜反射的两束偏振态相互正交的光、所述含有样品波前信息的图像束偏振光的一部分光从线偏振光变为圆偏振光；所述第三透镜用于将由所述四分之一波片形成的圆偏振光聚焦形成指示光聚焦光斑；所述高速相机用于采集经过所述第三透镜的指示光聚焦光斑；所述指示光光源用于发射可见光使得所述指示光成像模块成像。
在其中一个实施例中，所述指示光光源为可见光光源，所述指示光光源包括LED灯珠、白炽灯以及荧光灯中的任意一种。
在其中一个实施例中，所述激光模块的扫描光路、所述波前校正调制模块的调制光路、所述干涉光成像模块的成像光路和所述指示光成像模块的成像光路同轴，共用一个光路。
本申请提供的一种图像引导的激光聚焦扫描系统，利用有调制成像和无调制光传输组合式的自适应光学技术完成对样品相对位置变化及样品像差引起激光波前变化的实时调整，实现了在无调制光传输时提高信噪比，在有调制成像时提高了成像分辨率，为样品情况提供实时的高分辨率的干涉图像信息，通过干涉图像信息、三维振镜扫描模块实时扫描样品内部不同深度、宽度和轴向位置并记录的所述扫描点的位置、定向信息和指示光成像模块拍摄的所述扫描点的样品实时照片反馈调整激光光束聚焦至样品，重新规划扫描路径，有效提高了该图像引导的激光聚焦扫描系统的准确度和速度。
附图说明
图1为本发明的实施例提供的图像引导的激光聚焦扫描系统的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
如图1所示，本申请提供了一种图像引导的激光聚焦扫描系统，该图像引导的激光聚焦扫描系统包括激光模块1、波前校正调制模块2、干涉光成像模块3、指示光成像模块4、数据处理模块5和控制模块6；
激光模块1用于将出射的激光光束进行光斑整形、扩大能量，调节激光光束的水平横截面位置、水平纵面位置和垂直深度位置，传输调节后的激光光束聚焦至样品进行扫描并记录样品的扫描点的位置、定向信息；
干涉光成像模块3用于将发出的成像光束转化成两束偏振态互相正交的第一参考束偏振光、第二参考束偏振光，并使两束参考束偏振光和波前校正调制模块2形成的相位调制成像光束聚焦至样品反射形成含有样品波前信息的图像束偏振光，并使得第一参考束偏振光和含有样品波前信息的图像束偏振光两者干涉形成含有样品波前信息的干涉光；
波前校正调制模块2用于调制校正过波前低阶相差和高阶相差的成像光束的相位得到相位调制成像光束，并使相位调制成像光束经由原光路依次反射回干涉光成像模块3；
指示光成像模块4用于将发出的指示光光束聚焦至扫描点后将反射光沿反射光路返回指示光成像模块4，以及收集扫描点的含有样品波前信息的成像光束的光斑信息和反射回的指示光光束的光斑信息；
数据处理模块5用于对干涉光成像模块3采集的含有样品波前信息的干涉光进行数据处理、信息提取生成干涉图像信息，分析指示光成像模块4收集的扫描点的含有样品波前信息的成像光束的光斑信息和反射回的指示光光束的光斑信息生成照片信息，并将数据传输至控制模块6；
控制模块6用于根据数据处理模块5分析的干涉图像信息、照片信息和扫描点的位置、定向信息，引导激光模块1发射的激光光束在扫描点聚焦和扫描。
上述图像引导的激光聚焦扫描系统的工作原理如下：
当引导激光模块1发射的第一激光光束在样品的第一扫描点聚焦和扫描时，激光模块1将出射的第一激光光束进行光斑整形、扩大能量，调节第一激光光束的水平横截面位置、水平纵面位置和垂直深度位置，传输调节后的第一激光光束聚焦至样品进行扫描并记录样品的第一扫描点的位置、定向信息；
干涉光成像模块3发出的第一成像光束在干涉光成像模块3中生成两束偏振态互相正交的第一参考束偏振光、第二参考束偏振光和波前校正调制模块2形成的相位调制成像光束聚焦至样品反射形成含有样品波前信息的第一图像束偏振光，并使得第一参考束偏振光和含有样品波前信息的第一图像束偏振光两者干涉形成含有样品波前信息的第一干涉光；
波前校正调制模块2调制校正过波前低阶相差和高阶相差的第一成像光束的相位，得到第一相位调制成像光束，并使第一相位调制成像光束经由原光路依次反射回干涉光成像模块3；
指示光成像模块4将发出的第一指示光光束聚焦至第一扫描点后将反射光沿反射光路返回指示光成像模块4，并收集第一扫描点的含有样品波前信息的第一成像光束的光斑信息和反射回的第一指示光光束的光斑信息；
数据处理模块5对干涉光成像模块3采集的含有样品波前信息的第一干涉光进行数据处理、信息提取生成第一干涉图像信息，分析指示光成像模块4收集第一扫描点的含有样品波前信息的第一成像光束的光斑信息和反射回的第一指示光光束的光斑信息生成第一照片信息，并将数据传输至控制模块6；
控制模块6根据数据处理模块5分析的第一干涉图像信息、第一照片信息和第一扫描点的位置、定向信息，调整激光模块1发射的第一激光光束的能量、规划扫描路径，通过图像信息引导激光模块1发射的第一激光光束在第一扫描点聚焦和扫描。
当引导激光模块1发射的第二激光光束在样品的第二扫描点聚焦和扫描时，激光模块1将出射的第二激光光束进行光斑整形、扩大能量，调节第二激光光束的水平横截面位置、水平纵面位置和垂直深度位置，传输调节后的第二激光光束聚焦至样品进行扫描并记录样品的第二扫描点的位置、定向信息；
干涉光成像模块3发出的第二成像光束经波前校正调制模块2校正调制后聚焦至第二扫描点生成第二干涉光；
指示光成像模块4将发出的第二指示光光束聚焦至第二扫描点后将反射光沿反射光路返回指示光成像模块4，并收集第二扫描点的含有样品波前信息的第二成像光束的光斑信息和反射回的第二指示光光束的光斑信息；
数据处理模块5对干涉光成像模块3采集的含有样品波前信息的第二干涉光进行数据处理、信息提取生成第二干涉图像信息，分析指示光成像模块4收集第二扫描点的含有样品波前信息的第二成像光束的光斑信息和反射回的第二指示光光束的光斑信息生成第二照片信息，分析第一干涉图像信息、第一照片信息、第一扫描点的位置、定向信息、第二干涉图像信息、第二照片信息和第二扫描点的位置、定向信息之间的偏差并将数据传输至控制模块6；
控制模块6根据数据处理模块5分析的数据，调整激光模块1发射的第二激光光束的能量、规划扫描路径，通过图像信息引导激光模块1发射的第二激光光束在第二扫描点聚焦和扫描。
可以理解的是，通过波前校正调制模块2和干涉光成像模块3的协调工作，利用有调制成像对样品相对位置变化及样品像差引起激光波前变化的实时校正调制，提高了成像分辨率，为样品情况提供实时的高分辨率的干涉图像信息；同时，利用无调制光传输技术完成对激光模块1出射的激光光束聚焦样品扫描，实现了在无调制光传输时提高信噪比和传输速度；此外，利用有调制成像和无调制光传输组合式的自适应光学技术实现有调制高分辨率成像，实现了在无调制光传输时提高信噪比和传输速度，通过干涉图像信息、三维振镜扫描模块（即激光模块1的激光振镜扫描单元）实时扫描样品内部不同深度、宽度和轴向位置并记录的扫描点的位置、定向信息和指示光成像模块4拍摄的扫描点的样品实时照片反馈调整激光光束聚焦至样品，重新规划扫描路径，有效提高了该图像引导的激光聚焦扫描系统的准确度和速度。
如图1所示，激光模块1包括依次连接的激光器11、光束整形器12、激光快闪开关13、光栅14和激光振镜扫描单元15，激光器11用于发射激光光束，光束整形器12用于获取激光光束中的圆形光斑，并使激光光束聚焦后光斑径向均匀分布；激光快闪开关13连接于控制模块6，用于控制激光光束在工作过程中的通断；光栅14用于增大激光光束的能量；激光振镜扫描单元15用于调节激光光束的水平横截面位置、水平纵面位置和垂直深度位置，传输激光光束聚焦至样品进行扫描并记录扫描点的位置、定向信息。
具体地，激光器11可以为全光纤振荡器，激光器11发射出的激光光束可以为连续发射的平行激光光束，或者脉冲发射的脉冲激光光束。光束整形器12可以为视场光阑，视场光阑能够过滤激光光束中不圆的部分，从而获得圆形光斑，使圆形光斑聚焦后在径向上能够均匀分布，提高了聚焦光斑质量。光栅14可以为布拉格光栅14。
如图1所示，干涉光成像模块3包括依次设置在光路上的成像光源31、偏振光产生模块32、图像束偏振光产生模块33和相干光发生模块34；
偏振光产生模块32设置在成像光源31的出光口，包括依次设置在光路上的偏振光发生器321、偏振光分束器322和第一反射镜323，偏振光发生器321可以为二分之一波片，偏振光发生器321用于将成像光源31发出的成像光束形成成像偏振光，偏振光分束器322用于将成像偏振光分成能量相等且偏振态互相正交的第一成像偏振光和第二成像偏振光；第一反射镜323用于将入射的第一成像偏振光反射回偏振光分束器322并传输至相干光发生模块34，形成参考束成像偏振光，并使得第二成像偏振光入射至波前校正调制模块2校正相差调制相位；
图像束偏振光产生模块33包括分光镜331及设置在分光镜331反射光路上的波片332、第一透镜333、半透半反射镜334和第二透镜335；分光镜331用于将一部分相位调制成像偏振光反射回波前校正调制模块2，并将一部分相位调制成像偏振光传输至波片332；波片332用于对一部分相位调制成像偏振光和带有样品波前信息的反射光的偏振态进行调整，使得两束光的偏振态相互正交；第一透镜333可以为柱透镜，第一透镜333用于将另一部分相位调制成像偏振光和经过波片332的两束偏振态相互正交的光传输至半透半反射镜334；半透半反射镜334用于将两束偏振态相互正交的光和经过第二透镜335的含有样品波前信息的图像束偏振光的一部分光反射到指示光成像模块4，将另一部分相位调制成像偏振光反射至第二透镜335并将含有样品波前信息的图像束偏振光沿原光路返回至波前校正调制模块2；第二透镜335用于聚焦另一部分相位调制成像偏振光至样品；
相干光发生模块34用于将参考束成像偏振光和含有样品波前信息的图像束偏振光进行干涉形成含有样品波前信息的相干干涉光。
进一步地，第二透镜335用于将激光模块1发出的激光光束和干涉光成像模块3发射的成像光束聚焦至样品，并用于作为图像引导的激光聚焦扫描系统的成像聚焦镜头和激光束扫描聚焦镜头，第二透镜335构成远距离校正光学系统的聚焦物镜，激光模块1、干涉光成像模块3、指示光成像模块4共同组成远距离校正光学系统。
如图1所示，波前校正调制模块2包括依次设置在光路上的空间光调制器21、低阶相差校正器22、高阶相差校正器23和第三反射镜24，空间光调制器21可以为液晶空间光调制器，空间光调制器21用于调制校正过波前低阶相差和高阶相差的第二成像偏振光的相位，得到相位调制成像偏振光，并使相位调制成像偏振光经由图像束偏振光产生模块33聚焦样品，并经由原光路依次反射回图像束偏振光产生模块33和相干光发生模块34中；低阶相差校正器22用于校正第二成像偏振光波前低阶相差；高阶相差校正器23用于校正第二成像偏振光的高阶相差；第三反射镜24用于将校正过波前低阶相差和高阶相差的第二成像偏振光沿光路反射回空间光调制器21。
可以理解的是，低阶相差校正器22和高阶相差校正器23共同组成波前复合调整模组，将低阶的倾斜相差和高阶的离焦相差、像散相差全部调整之后再传输至空间光调制器21，空间光调制器21进行光束纯相位校正。
如图1所示，指示光成像模块4包括依次设置在半透半反射镜334反射光路上的四分之一波片41、第三透镜42、高速相机43和指示光光源44，四分之一波片41可以为消色差四分之一波片，四分之一波片41用于使得半透半反射镜334反射的两束偏振态相互正交的光、含有样品波前信息的图像束偏振光的一部分光从线偏振光变为圆偏振光；第三透镜42为高速相机43的聚焦透镜，第三透镜42用于将由四分之一波片41形成的圆偏振光聚焦形成指示光聚焦光斑；高速相机43用于采集经过第三透镜42的指示光聚焦光斑；指示光光源44用于发射可见光使得指示光成像模块4成像。
在一可选的实施例中，指示光光源44为可见光光源，指示光光源44包括LED灯珠、白炽灯以及荧光灯中的任意一种。
在一可选的实施例中，激光模块1的扫描光路、波前校正调制模块2的调制光路、干涉光成像模块3的成像光路和指示光成像模块4的成像光路同轴，共用一个光路。
在一可选的实施例中，指示光成像模块4发射的指示光光束（具体为指示光光源44发射的可见光）的波长、激光模块1发射的激光光束的波长、干涉光成像模块3发射的成像光束的波长不重叠，以使三者在同一个光路中相互工作不串扰。
可以理解的是，样品同时在激光模块1的激光光束扫描范围内、波前校正调制模块2的校正调制光路内、干涉光成像模块3的成像光路内和指示光成像模块4的拍摄范围内。
如图1所示，图像引导的激光聚焦扫描系统还包括光纤传输线路7，激光模块1、波前校正调制模块2、干涉光成像模块3、指示光成像模块4之间通过光纤传输线路7实现连接。
图像引导的激光聚焦扫描系统还包括电信号传输线路8，激光模块1、波前校正调制模块2、干涉光成像模块3、指示光成像模块4与数据处理模块5、控制模块6之间通过电信号传输线路8实现电连接。
需要说明的是：本申请上述实施例中提供的图像引导的激光聚焦扫描系统可以用于工业样品的成像以实现样品的检测，还可以应用于人体或者动物组织处的成像，应用广泛。本申请提供的一种图像引导的激光聚焦扫描系统，利用有调制成像和无调制光传输组合式的自适应光学技术完成对样品相对位置变化及样品像差引起激光波前变化的实时调整，实现了在无调制光传输时提高信噪比，在有调制成像时提高了成像分辨率，为样品情况提供实时的高分辨率的干涉图像信息，通过干涉图像信息、三维振镜扫描模块实时扫描样品内部不同深度、宽度和轴向位置并记录的所述扫描点的位置、定向信息和指示光成像模块拍摄的所述扫描点的样品实时照片反馈调整激光光束聚焦至样品，重新规划扫描路径，有效提高了该图像引导的激光聚焦扫描系统的准确度和速度。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本发明的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种图像引导的激光聚焦扫描系统，其特征在于，包括：激光模块、波前校正调制模块、干涉光成像模块、指示光成像模块、数据处理模块和控制模块；
所述激光模块，用于将出射的激光光束进行光斑整形、扩大能量，调节所述激光光束的水平横截面位置、水平纵面位置和垂直深度位置，传输调节后的所述激光光束聚焦至样品进行扫描并记录所述样品的扫描点的位置、定向信息；
所述干涉光成像模块，用于将发出的成像光束转化成两束偏振态互相正交的第一参考束偏振光、第二参考束偏振光，并使两束参考束偏振光和所述波前校正调制模块形成的相位调制成像光束聚焦至样品反射形成含有样品波前信息的图像束偏振光，并使得所述第一参考束偏振光和所述含有样品波前信息的图像束偏振光两者干涉形成含有样品波前信息的干涉光；
所述波前校正调制模块，用于调制校正过波前低阶相差和高阶相差的所述成像光束的相位得到相位调制成像光束，并使所述相位调制成像光束经由原光路依次反射回所述干涉光成像模块；
所述指示光成像模块，用于将发出的指示光光束聚焦至所述扫描点后将反射光沿反射光路返回所述指示光成像模块，以及收集所述扫描点的含有样品波前信息的所述成像光束的光斑信息和反射回的所述指示光光束的光斑信息；
所述数据处理模块，用于对所述干涉光成像模块采集的所述含有样品波前信息的干涉光进行数据处理、信息提取生成干涉图像信息，分析所述指示光成像模块收集的所述扫描点的含有样品波前信息的所述成像光束的光斑信息和反射回的所述指示光光束的光斑信息生成照片信息，并将数据传输至所述控制模块；
控制模块，用于根据所述数据处理模块分析的所述干涉图像信息、所述照片信息和所述扫描点的位置、定向信息，引导所述激光模块发射的激光光束在所述扫描点聚焦和扫描。
2.根据权利要求1所述的图像引导的激光聚焦扫描系统，其特征在于，所述激光模块包括依次连接的激光器、光束整形器、激光快闪开关、光栅和激光振镜扫描单元，所述激光器用于发射激光光束，所述光束整形器用于获取所述激光光束中的圆形光斑，并使所述激光光束聚焦后光斑径向均匀分布；所述激光快闪开关连接于所述控制模块，用于控制所述激光光束在工作过程中的通断；所述光栅用于增大所述激光光束的能量；所述激光振镜扫描单元用于调节所述激光光束的水平横截面位置、水平纵面位置和垂直深度位置，传输所述激光光束聚焦至样品进行扫描并记录所述扫描点的位置、定向信息。
3.根据权利要求2所述的图像引导的激光聚焦扫描系统，其特征在于，所述激光器为全光纤振荡器，所述激光器发射出的激光光束为连续发射的平行激光光束，或者脉冲发射的脉冲激光光束。
4.根据权利要求2所述的图像引导的激光聚焦扫描系统，其特征在于，所述光束整形器为视场光阑；和/或所述光栅为布拉格光栅。
5.根据权利要求1所述的图像引导的激光聚焦扫描系统，其特征在于，所述干涉光成像模块包括依次设置在光路上的成像光源、偏振光产生模块、图像束偏振光产生模块和相干光发生模块；
所述偏振光产生模块设置在所述成像光源的出光口，包括依次设置在光路上的偏振光发生器、偏振光分束器和第一反射镜，所述偏振光发生器用于将所述成像光源发出的成像光束形成成像偏振光，所述偏振光分束器用于将所述成像偏振光分成能量相等且偏振态互相正交的第一成像偏振光和第二成像偏振光；所述第一反射镜用于将入射的所述第一成像偏振光反射回所述偏振光分束器并传输至所述相干光发生模块，形成参考束成像偏振光，并使得所述第二成像偏振光入射至所述波前校正调制模块校正相差调制相位；
所述图像束偏振光产生模块包括分光镜及设置在所述分光镜反射光路上的波片、第一透镜、半透半反射镜和第二透镜；所述分光镜用于将一部分相位调制成像偏振光反射回所述波前校正调制模块，并将一部分所述相位调制成像偏振光传输至所述波片；所述波片用于对一部分所述相位调制成像偏振光和带有样品波前信息的反射光的偏振态进行调整，使得两束光的偏振态相互正交；所述第一透镜用于将另一部分所述相位调制成像偏振光和经过所述波片的两束偏振态相互正交的光传输至所述半透半反射镜；所述半透半反射镜用于将所述两束偏振态相互正交的光和经过所述第二透镜的含有样品波前信息的图像束偏振光的一部分光反射到所述指示光成像模块，将另一部分所述相位调制成像偏振光反射至所述第二透镜并将含有样品波前信息的图像束偏振光沿原光路返回至所述波前校正调制模块；所述第二透镜用于聚焦另一部分所述相位调制成像偏振光至样品；
所述相干光发生模块用于将所述参考束成像偏振光和所述含有样品波前信息的图像束偏振光进行干涉形成含有样品波前信息的相干干涉光。
6.根据权利要求5所述的图像引导的激光聚焦扫描系统，其特征在于，所述第二透镜用于将所述激光模块发出的激光光束和所述干涉光成像模块发射的成像光束聚焦至样品，并用于作为所述图像引导的激光聚焦扫描系统的成像聚焦镜头和激光束扫描聚焦镜头，所述第二透镜构成远距离校正光学系统的聚焦物镜，所述激光模块、所述干涉光成像模块、所述指示光成像模块共同组成远距离校正光学系统。
7.根据权利要求5所述的图像引导的激光聚焦扫描系统，其特征在于，所述波前校正调制模块包括依次设置在光路上的空间光调制器、低阶相差校正器、高阶相差校正器和第三反射镜，所述空间光调制器用于调制所述校正过波前低阶相差和高阶相差的所述第二成像偏振光的相位，得到相位调制成像偏振光，并使所述相位调制成像偏振光经由所述图像束偏振光产生模块聚焦样品，并经由原光路依次反射回所述图像束偏振光产生模块和所述相干光发生模块中；所述低阶相差校正器用于校正所述第二成像偏振光波前低阶相差；所述高阶相差校正器用于校正所述第二成像偏振光的高阶相差；所述第三反射镜用于将校正过波前低阶相差和高阶相差的所述第二成像偏振光沿光路反射回所述空间光调制器。
8.根据权利要求5所述的图像引导的激光聚焦扫描系统，其特征在于，所述指示光成像模块包括依次设置在所述半透半反射镜反射光路上的四分之一波片、第三透镜、高速相机和指示光光源，所述四分之一波片用于使得所述半透半反射镜反射的两束偏振态相互正交的光、所述含有样品波前信息的图像束偏振光的一部分光从线偏振光变为圆偏振光；所述第三透镜用于将由所述四分之一波片形成的圆偏振光聚焦形成指示光聚焦光斑；所述高速相机用于采集经过所述第三透镜的指示光聚焦光斑；所述指示光光源用于发射可见光使得所述指示光成像模块成像。
9.根据权利要求8所述的图像引导的激光聚焦扫描系统，其特征在于，所述指示光光源为可见光光源，所述指示光光源包括LED灯珠、白炽灯以及荧光灯中的任意一种。
10.根据权利要求1所述的图像引导的激光聚焦扫描系统，其特征在于，所述激光模块的扫描光路、所述波前校正调制模块的调制光路、所述干涉光成像模块的成像光路和所述指示光成像模块的成像光路同轴，共用一个光路。
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