一种激光对焦成像系统及系统的偏移量的自动化检测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种激光对焦成像系统及系统的偏移量的自动化检测方法。激光对焦系统通常用于无限远共轭光学系统中，可以检测物方待测样品的位置。其耦合到对应的检测系统或者观察系统中，虽然能够获得一致的对焦结果，但是由于激光对焦系统本身的误差，激光对焦系统耦合到系统中的安装误差以及激光对焦系统波长与检测或者成像系统使用波长的差异，导致激光对焦系统认定的样品位置并非检测系统或观察系统的成像最清晰位置，因此需要设置激光对焦系统的偏移量。本发明专利技术提出了一种激光对焦成像系统，能够判断样品上表面与激光对焦系统的焦面的相对位置，同时，提出了一种自动化设置偏移量的方法。本发明专利技术具有成本低，精度高，自动化程度高的特点。程度高的特点。程度高的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种激光对焦成像系统及系统的偏移量的自动化检测方法


[0001]本专利技术属于工业检测及显微观察领域，尤其涉及一种激光对焦成像系统及系统的偏移量的自动化检测方法。

技术介绍

[0002]工业检测及显微观察的案例要求被检测或者被观察样品能够处于光学系统的成像焦面内，传统的方式是人为的移动样品和光学系统的相对距离，保证样品能够清晰成像，此过程可以称之为对焦。但是随着工业检测领域对对焦速度及准确度一致性的要求，以及显微观察领域对对焦精度的要求，传统的人工对焦已经不满足工业生产和研究的要求，因此自动对焦系统应运而生。激光对焦系统在工业检测和显微观察领域都有重要的运用，但是目前的自动对焦系统采用一束光束对焦，精度低，需要手动寻找焦点，自动化程度不高的问题。
[0003]激光对焦系统通常耦合到对应的检测系统或者观察系统中，虽然能够获得一致的对焦结果，但是由于激光对焦系统本身的误差，激光对焦系统耦合到系统中的安装误差以及激光对焦系统波长与检测或者成像系统使用波长的差异，导致激光对焦系统认定的物镜与样品的距离相对偏差并非真实的偏差，因此需要设置激光对焦系统的偏移量，此偏移量可以补偿上述误差。在现有产品中，激光对焦系统均可以设置此偏移量，但是偏移量是通过人工凭经验得出，不准确，且一致性差。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种激光对焦成像系统及系统的偏移量的自动化检测方法。
[0005]本专利技术的目的通过以下技术方案来实现的：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种激光对焦成像系统，包括激光二极管、衍射元件、二向色镜、第一会聚透镜、反射镜、第二会聚透镜、探测器、第三会聚透镜、成像传感器、环形光源；
[0007]所述激光二极管发出的准直激光经过衍射元件被分成三束彼此平行的子激光束，所述三束子激光束随后经过二向色镜被反射，被反射的三束子激光束经过第一会聚透镜被会聚到样品上表面，随即被样品反射，反射的三束子激光束经过第一会聚透镜后被平行传输到二向色镜，随即被二向色镜反射，被二向色镜反射的三束子激光束经过反射镜被反射，被反射镜反射的三束子激光束经过第二会聚透镜被会聚到探测器上；所述探测器为线阵探测器；通过调整样品上表面与第一会聚透镜的距离，使得经过第二会聚透镜会聚到探测器的子激光束位于探测器的中点，从而实现激光对焦；所述环形光源发出光源照射到样品上表面，被样品上表面反射和散射后形成成像光束，随即成像光束经过第一会聚透镜被准直成平行光束，再经过二向色镜被透过到第三会聚透镜，被第三会聚透镜会聚到成像传感器；所述成像传感器用于接收成像光束并形成样品上表面图像。
[0008]进一步地，所述二向色镜的反射波长与激光二极管发出的准直激光的波长一样。
[0009]第二方面，本专利技术还提供了一种激光对焦成像系统，包括激光二极管、衍射元件、二向色镜、第一会聚透镜、弧形反射镜、探测器、第三会聚透镜、成像传感器、环形光源；
[0010]所述激光二极管发出的准直激光经过衍射元件被分成三束彼此平行的子激光束，所述三束子激光束随后经过二向色镜被反射，被反射的三束子激光束经过第一会聚透镜被会聚到样品上表面，随即被样品反射，反射的三束子激光束经过第一会聚透镜后被平行传输到二向色镜，随即被二向色镜反射，被二向色镜反射的三束子激光束经过弧形反射镜被反射并会聚到探测器上；所述探测器为线阵探测器；通过调整样品上表面与第一会聚透镜的距离，使得经过弧形反射镜被反射并会聚到探测器的子激光束位于探测器中点，从而实现激光对焦；所述环形光源发出光源照射到样品上表面，被样品上表面反射和散射后形成成像光束，随即成像光束经过第一会聚透镜被准直成平行光束，再经过二向色镜被透过到第三会聚透镜，被第三会聚透镜会聚到成像传感器；所述成像传感器用于接收成像光束并形成样品上表面图像。
[0011]进一步地，所述二向色镜的反射波长与激光二极管发出的准直激光的波长一样。
[0012]进一步地，所述环形光源发出光源的波长与所述二向色镜的反射波长不一样。
[0013]第三方面，本专利技术提供了一种激光对焦成像系统的偏移量的自动化检测方法，包括以下步骤：
[0014]步骤一：设置激光对焦成像系统的偏移量为0，所述偏移量为激光对焦成像系统形成的会聚焦点与样品上表面的距离差，当偏移量为0，即会聚焦点与样品上表面重合；在偏移量为0时成像传感器拍摄下对应的样品局部图像；
[0015]步骤二：随后分别设置激光对焦成像系统的偏移量为2a，a，
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a和
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2a，a的范围为10～50um，在不同偏移量时成像传感器拍摄下对应的样品局部图像；
[0016]步骤三：计算机分析不同偏移量拍摄到的样品局部图像，通过图像算法分析出各个图像的清晰度评价函数；所述清晰度评价函数包括灰度梯度类函数，频域分析类函数以及统计学函数；
[0017]步骤四：使用清晰度评价函数分析不同偏移量拍摄到的样品局部图像，得到不同偏移量下清晰度评价函数的曲线图，所述曲线图显示了不同偏移量下清晰度的变化；
[0018]步骤五：选出清晰度评价函数最高的两个偏移量，并在所述两个偏移量中选出四个偏移量，重复步骤二至步骤四，直至清晰度评价函数最高的两个偏移量的偏移量之差小于a/20时，取此时清晰度评价函数最高的偏移量。
[0019]本专利技术的有益效果是：本方案提出了一种激光对焦成像系统，结合三束光束的对焦结果，提高测量精度和重复性。同时，在使用所述激光对焦成像系统时，提出了一种激光对焦成像系统的偏移量的自动化检测方法，通过结合面阵相机拍照，算法识别清晰点的位置，实现偏移量的自动准确设置，保证激光对焦成像系统确定的对焦位置也是成像光学系统的最佳对焦位置。
附图说明
[0020]图1为实施例1的一种激光对焦成像系统的装置图；
[0021]图2为会聚焦点处于样品105上表面的位置图；
[0022]图3为会聚焦点处于样品105上表面之上的位置图；
[0023]图4为会聚焦点处于样品105上表面之下的位置图；
[0024]图5为会聚焦点与最佳成像物面的位置图；
[0025]图6为实施例2的一种激光对焦成像系统的装置图；
[0026]图7为实施例3的一种激光对焦成像系统的偏移量的自动化检测方法的流程图；
[0027]图8为
‑
100～100um的清晰度评价函数图；
[0028]图9为0～50um的清晰度评价函数图；
[0029]图10为10～20um的清晰度评价函数图；
[0030]图11为实施例4的一种激光对焦成像系统的偏移量的自动化检测方法的流程图；
[0031]图12为
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20～20um的清晰度评价函数图；
[0032]图13为10～20um的清晰度评价函数图；
[0033]图14为10～12um的清晰度评价函数图；
[0034]图中：101
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光对焦成像系统，其特征在于：包括激光二极管(101)、衍射元件(102)、二向色镜(103)、第一会聚透镜(104)、反射镜(106)、第二会聚透镜(107)、探测器(108)、第三会聚透镜(109)、成像传感器(110)、环形光源(111)；所述激光二极管(101)发出的准直激光经过衍射元件(102)被分成三束彼此平行的子激光束，所述三束子激光束随后经过二向色镜(103)被反射，被反射的三束子激光束经过第一会聚透镜(104)被会聚到样品(105)上表面，随即被样品(105)反射，反射的三束子激光束经过第一会聚透镜(104)后被平行传输到二向色镜(103)，随即被二向色镜(103)反射，被二向色镜(103)反射的三束子激光束经过反射镜(106)被反射，被反射镜(106)反射的三束子激光束经过第二会聚透镜(107)被会聚到探测器(108)上；所述探测器(108)为线阵探测器；通过调整样品(105)上表面与第一会聚透镜(104)的距离，使得经过第二会聚透镜(107)会聚到探测器(108)的子激光束位于探测器(108)的中点，从而实现激光对焦；所述环形光源(111)发出光源照射到样品(105)上表面，被样品(105)上表面反射和散射后形成成像光束，随即成像光束经过第一会聚透镜(104)被准直成平行光束，再经过二向色镜(103)被透过到第三会聚透镜(109)，被第三会聚透镜(109)会聚到成像传感器(110)；所述成像传感器(110)用于接收成像光束并形成样品(105)上表面图像。2.一种激光对焦成像系统，其特征在于：包括激光二极管(101)、衍射元件(102)、二向色镜(103)、第一会聚透镜(104)、弧形反射镜(112)、探测器(108)、第三会聚透镜(109)、成像传感器(110)、环形光源(111)；所述激光二极管(101)发出的准直激光经过衍射元件(102)被分成三束彼此平行的子激光束，所述三束子激光束随后经过二向色镜(103)被反射，被反射的三束子激光束经过第一会聚透镜(104)被会聚到样品(105)上表面，随即被样品(105)反射，反射的三束子激光束经过第一会聚透镜(104)后被平行传输到二向色镜(103)，随即被二向色镜(103)反射，被二向色镜(103)反射的三束子激光束经过...

【专利技术属性】
技术研发人员：王智，杨青，庞陈雷，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：