光斑自动跟焦装置及其方法制造方法及图纸

本申请提供一种光斑自动跟焦装置及其方法。该光斑自动跟焦装置包括光源、光学系统、物镜、物镜压电位移器、四象限光电探测器及控制系统，光源发出的入射光束经由光学系统和物镜通过入射光路入射到样品表面，其中，四象限光电探测器用于接收经样品表面反射并经由物镜和光学系统通过反射光路出射的反射光束，并将反射光束的光信号转换为四路电信号；控制系统用于基于四路电信号来确定入射到样品表面的入射光斑的离焦量，并基于入射光斑的离焦量来生成补偿控制信号给物镜压电位移器；物镜压电位移器用于基于补偿控制信号来控制物镜沿轴向移动以使入射光斑能够始终聚焦于样品表面。本申请能够自动控制物镜轴向运动以达到自动跟焦目标。跟焦目标。跟焦目标。

【技术实现步骤摘要】
光斑自动跟焦装置及其方法


[0001]本申请涉及光学工程
，尤其涉及一种光斑自动跟焦装置及其方法。

技术介绍

[0002]自动对焦技术是一种应用于光学成像系统和光学加工系统中的重要技术。无论是光学成像系统还是光学加工系统，在对对象成像或加工前，都需要将物镜的焦点准确地定位在对象的成像面或加工面上。因此，需要应用焦面跟踪技术，来实现焦点的定位及跟踪。
[0003]在光学设备中为确保系统正常工作，必须要求物镜与样品表面始终处于对焦状态。但是，由于系统中机构运动、样品表面起伏、环境变化等因素，光学系统在工作时有可能发生物镜离焦的现象。自动跟焦装置的作用是当物镜出现离焦时，可及时探测出当前的离焦状态与相应的离焦量，并自动控制物镜轴向移动，补偿离焦，使系统始终处于对焦状态。这一过程也称为焦面跟踪。
[0004]探测微小位移是工程界一直在研究的热门方向，如今探测微小位移也已经有了诸多手段，比如利用CCD（ChargeCoupled Device，电荷耦合器件）探头测距，其优点在于不需直接接触物体，可以进行远距离测量，但是却存在后期图像本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光斑自动跟焦装置，其特征在于：包括光源、光学系统、物镜、物镜压电位移器、四象限光电探测器及控制系统，所述光源发出的入射光束经由光学系统和物镜通过入射光路入射到样品表面，其中，所述四象限光电探测器用于接收经所述样品表面反射并经由所述物镜和所述光学系统通过反射光路出射的反射光束，并将所述反射光束的光信号转换为四路电信号；所述控制系统用于基于所述四路电信号来确定入射到所述样品表面的入射光斑的离焦量，并基于所述入射光斑的离焦量来生成补偿控制信号给所述物镜压电位移器；所述物镜压电位移器用于基于所述补偿控制信号来控制所述物镜沿轴向移动以使所述入射光斑能够始终聚焦于所述样品表面。2.如权利要求1所述的光斑自动跟焦装置，其特征在于：所述四象限光电探测器包括对称分布的四个探测象限，所述四个探测象限按顺时针方向依次包括第一象限、第二象限、第三象限和第四象限，所述控制系统用于基于相对的所述第一象限和所述第三象限输出的两路电信号之和与相对的所述第二象限和所述第四象限输出的两路电信号之和的差值来确定所述入射光斑的离焦量。3.如权利要求2所述的光斑自动跟焦装置，其特征在于：所述控制系统包括处理器及位于所述四象限光电探测器与所述处理器的输入端之间的前端电路，所述前端电路包括：四个跨阻放大电路，分别与所述四象限光电探测器的四个探测象限对应连接，分别用于将所述四个探测象限输出的四路电流信号转化为四路电压信号；及轴向运算电路，与所述四个跨阻放大电路连接，用于计算出所述四路电压信号中的其中两个相对象限的电压信号之和与另两个相对象限的电压信号之和的电压差值，其中，所述处理器用于基于所述电压差值来计算出所述入射光斑的离焦量。4.如权利要求3所述的光斑自动跟焦装置，其特征在于：所述前端电路还包括：电压和值运算电路，用于计算出所述四路电压信号的电压和值，其中，所述处理器基于所述电压差值与所述电压和值的比值来计算出所述入射光斑的离焦量。5.如权利要求4所述的光斑自动跟焦装置，其特征在于：所述比值与所述离焦量成正比例线性关系，当所述比值等于零时，则所述控制系统确定所述入射光斑聚焦于所述样品表面，控制所述物镜不动作；当所述比值大于零时，则所述控制系统确定所述入射光斑位于所述样品表面的轴向下方，所述物镜与所述样品表面之间产生正离焦，所述控制系统通过所述物镜压电位移器来控制所述物镜轴向向上移动以进行对焦补偿；当所述比值小于零时，则所述控制系统确定所述入射光斑位于所述样品表面的轴向上方，所述物镜与所述样品表面之间产生负离焦，所述控制系统通过所述物镜压电位移器来控制所述物镜轴向向下移动以进行对焦补偿。6.如权利要求4所述的光斑自动跟焦装置，其特征在于：所述轴向运算电路及所述电压和值运算电路均具有低通滤波器，用于在计算所述电压差值和所述电压和值之前，对所述四路电压信号进行低通滤波。7.如权利要求4或6所述的光斑自动跟焦装置，其特征在于：所述前端电路还包括：模数转换电路，连接于所述轴向运算电路与所述电压和值运算电路的输出端与所述处
理器的输入端之间，用于将所述电压差值和所述电压和值的模拟信号转换为数字信号，所述控制系统还包括位于所述处理器的输出端的后端电路，所述后端电路包括：数模转换电路，用于将所述处理器输出的所述补偿控制信号的数字信号转换为模拟信号。8.如权利要求7所述的光斑自动跟焦装置，其特征在于：所述前端电路还包括：仪表放大电路，连接于所述轴向运算电路与所述电压和值运算电路的输出端与所述模数转换电路之间，用于对所述电压差值和所述电压和值的模拟信号进行放大。9...

【专利技术属性】
技术研发人员：张良，匡翠方，杨臻垚，丁晨良，樊吴申，孙秋媛，刘旭，周国尊，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：