CN2615684Y - 用于激光微处理的体视显微装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于激光微处理的体视显微装置，属于光电显微技术领域。本装置由激光发生器、光束扩束器、体视显微镜、压电陶瓷扫描组件等构成。其特征是，现有体视显微镜中的双色镜，被压电陶瓷扫描组件所取代，压电陶瓷扫描组件由电驱动压电陶瓷扫描器和扫描激光反射器组成，电驱动压电陶瓷扫描器由三根压电陶瓷棒和固定支撑架构成，其中二根棒含有电极，另一根为支撑棒；扫描激光反射器由激光反射镜和直角镜座构成。本装置具有结构紧凑，体积小巧，性能良好，加工简易，成本低廉，操作方便，对材料处理效果好，精度高，易于组织工业化生产等优点；它可以广泛地应用于材料微小区域的精密加工处理，标记等领域。

Description

用于激光微处理的体视显微装置

                    技术领域

本实用新型涉及一种体视显微装置，特别是涉及一种用于激光微处理的体视显微装置，属于光电显微技术领域。

                    背景技术

众所周知，利用固体激光对材料进行微处理是目前比较成熟的技术。由于它自身的优点，应用领域越来越广泛，如金属材料焊接、打孔、切割、打标、半导体集成芯片的布线、处理、液晶显示屏的电极切割以及在生物、医学等领域的应和。当今，比较典型的技术方案，如图1所示：将激光发生器输出的激光经过光束扩束器扩束，进入体视显微镜，通过双色镜，进入体视显微系统中，成为激光束被显微物镜聚焦，输入到样品上，样品上的光被显微物镜准直通过双通道到达目镜组，成为被人眼可视的像。

上述装置对材料进行微处理，简便易行，对一般精度要求不高的材料处理尚能满足。但是这种装置中激光束在显微镜中的路径是固定的，必须使样品与显微镜之间作相对移动才能进行材料处理。显然，无论是对样品的移动还是对显微镜的移动都会产生不希望出现的抖动，带来对材料处理的不精确性。由于上述装置自身设计结构上的缺陷，因此其应用范围受到限制。

                    发明内容

本实用新型的目的，就是为了改善现有技术中由于相对移动带来的抖动，从而引起加工的不精确性的问题，提供一种不需要进行样品与显微镜之间相对移动的，可以提高对材料微处理精度的用于激光微处理的体视显微装置。

本实用新型所涉及的用于激光微处理的体视显微装置的技术方案是这样实现的：本实用新型由激光发射器，光束扩束器，体视显微镜和压电陶瓷扫描组件等构成。体视显微镜由显微目镜组。显微物镜和镜体组成，其特征是，舍弃现有技术体视显系统中使用的双色镜，以压电陶瓷扫描组件来替换。压电陶瓷组件由电驱动压电陶瓷扫描器和扫描激光反射器构成；压电陶瓷器由两根以上压电陶瓷棒及固定支撑架组成；扫描激光反射器由激光反射镜和直角镜座组成。固定支撑架被固定在体视显微镜的镜体上，激光反射镜固定在直角镜座上，直角镜座通过三根压电陶瓷棒固定在支撑架上，其中两根为含有电极的压电陶瓷棒，共长度分别通过加载在电极棒上的电压大小进行调节，并用以控制激光反射镜在水平方向(X方向)和垂直方向(Y方向)上的偏转，从而实现激光束到达物镜上二维角度扫描，通过物镜的聚焦作用，实现了激乐在物镜的焦平面，即待加工样品表面上焦点位置的二维扫描。同时，样品上的光被显微镜的显微物镜准直通过双通道到达目镜组，成为被人眼可视的像。

本实用新型所称的用于激光微处理的体视显微装置，其特征是：两根含有电极压电陶瓷棒可以是单节，亦可以是多节联接构成。

本实用新型所称体视显微装置，其激光光束腰斑直径大小，可以通过光束扩束器的扩束倍数来调节。当扩束倍数愈大，样品表面的激光腰斑直径愈小。激光束经过显微物镜后，其腰斑需要位于视觉系统的焦平面上，腰斑的位置可以通过调节激光输入光束扩束器后不同的光斑发散角来进行调整。

本实用新型所称体视显微装置的二维扫描区域设定：如图3所示，设压电陶瓷电极棒至固定支撑棒的距离为L，在最大电压V时电极棒的长度变化为Δd，则激光反射镜在X方向上的最大转角θ＝arctan(Δd/L)，激光束的角度变化为2θ，通过显微物镜后，在样品上移动量为f·tan(2θ)＝2f·Δd/L，即扫描区域为2f·Δd/L_x×2f·Δd/L_y，其中f为显微物镜的焦距，L_x、L_y分别为两个压电陶瓷电极棒至固定支撑棒的距离。

本实用新型所称的用于激光微处理的体视显微装置，不需要待加工样品与体视显微镜之间发生位置的相对变化，从而避免出现位移抖动带来的误差；本装置中的压电陶瓷扫描组件体积很小，能轻易放入显微镜中，本装置具有结构紧凑，体积小巧，性能良好，加工简易，工艺规范，成本低廉，操作方便，对加工处理材料效果好，精度高，易于组织大批量工业化生产等优点。本装置可广泛地应用于材料微小区域的精细，精密加工处理，标记等领域。

                    附图说明

图1：现有的激光微处理的体视显微装置示意图。

图2：用于激光微处理的体视显微装置的示意图。

图3：如图2所示的用于激光微处理的体视显微装置的压电陶瓷扫描组件结构示意图。

                  具体实施方式

本实用新型所涉及的用于激光微处理的体视显微装置，结合附图1至2对其具体实施方式叙述如下：选用激光发生器1的激光束平均功率为3W。重复频率为20KHZ，脉冲宽度为4ns，波长为1064nm，发散角为5mrtad，激光束腰斑直径为0.3mm；激光扩束器2的扩束倍数为8；选用压电陶瓷扫描模块PSH10/2作为电驱动压电陶瓷扫描器10，扫描器10由三根压电陶瓷棒14(其中两根含有电极13和15)及支撑架(12)组成；激光反射器11由激光反射镜17和直角镜座16组成，当供电系统的电压在150VDC以内变化时，导致反射镜17的倾角变化量为±5mrad；选用显微物镜8的焦距为50mm时，激光在样品上的移动量为50mm×tan(2×10mtad)＝1mm，即可以获得1000微米×1000微米的扫描区域。本装置中固定支撑架12被固定在体视显微镜的镜体上，激光反射镜17固定在直角镜座16上，直角镜座16通过三根压电陶瓷棒14固定在支撑架12上。含有电极13和15的压电陶瓷棒14的长度分别通过加载在电极棒及和15上的电压大小分别进行调节，两根含有电极13和15的压电陶瓷棒14的结构均为多节，另一根陶瓷棒14的长度不变。激光发生器1输出激光经扩束器7的扩束，再通过电驱动压电陶瓷扫描组件二维扫描及物镜8的聚焦作用，最终在样品9上的光束腰斑直径为5微米，扫描的像素范围为200点×200点。样品9上的光被显微物镜8准直通过双通道5到达目镜组3和4，成为被人眼所视的像。

Claims (2)

1、一种用于激光微处理的体视显微装置，由激光发射器(1)、光束扩束器(2)、体视显微镜和压电陶瓷扫描组件等构成，体视显微镜由显微目镜组(3)和(4)，显微物镜(8)及镜体组成，其特征是，压电陶瓷扫描组件由电驱动压电陶瓷扫描器(10)和扫描激光反射器(11)构成；压电陶瓷扫描器(10)由两根以上的压电陶瓷棒(14)及固定支撑架(12)组成；扫描激光反射器(11)由激乐反射镜(17)和直角镜座(16)组成；固定支撑架(12)被固定在体视显微镜的镜体上，激光反射镜(17)固定在直角镜座(16)上，直角镜座(16)通过三根压电陶瓷棒(14)，其中二根陶瓷棒含有电极(13)和(15)被固定在支撑架(12)上，陶瓷棒(14)含有电极(13)和(15)的两根压电陶瓷棒(14)，其长度分别通过加载在电极(13)和(15)上的电压大小来分别进行调节，并用以控制激光反射镜(17)在水平方向和垂直方向上的偏转，从而实现激光束(7)到达物镜(8)上的二维角度扫描，通过物镜(8)的聚焦作用，实现了激光束在物镜(8)的焦平面即样品(9)表面上焦点位置的二维扫描；同时，样品(9)上的光被显微镜的显微物镜(8)准直通过双通道(5)到达目镜组(3)和(4)，成为被人眼可视的像。

2、根据权利要求1所述的激光微处理的体视显微装置，其特征是含有电极(13)和(15)压电陶瓷棒(14)可以是单节，亦可以是多节联接构成。

Images