【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光束扫描系统，尤其涉及基于二维振镜-特殊抛物面镜的光束扫描装置及成像系统。
技术介绍
1、振镜是由偏转镜和电机组成，可通过连接计算机控制偏转镜的偏转角度，从而控制扫描范围，通常与激光器、透镜等装置组成光束扫描系统。传统的样品移动式的扫描需要耗费大量的时间，基于振镜的光束扫描方法具有高速度、高精度、高稳定性等优点，因此在光束扫描装置中应用广泛。在现有的共聚焦成像系统、激光扫描成像系统、光学相干断层扫描成像系统、扫描式打标系统等都用到了基于振镜的光束扫描方法，然而由于二维振镜的x振镜和y振镜不在同一位置，会导致扫描光束的聚焦点不在同一平面，得到的扫描图像产生枕形畸变，对实验结果造成影响。因此，对于一些操作精度要求高的扫描系统，上述问题还需改进。
技术实现思路
1、为解决光束扫描系统中扫描光束的聚焦点不在同一平面、扫描图像产生畸变等问题，本专利技术提供基于二维振镜-特殊抛物面镜的光束扫描装置及成像系统。
2、本专利技术的第一个方面提供一种基于二维振镜-特殊抛物面镜的光束扫描装置，包括激光器(1)、以及沿激光器(1)光路顺次设置的二维振镜、特殊抛物面镜(4)和样品(5)，所述二维振镜由x振镜(2)和y振镜(3)构成；
3、激光器(1)发出的激光束进入二维振镜，从二维振镜反射出的初始位置光束进入特殊抛物面镜(4)，特殊抛物面镜(4)反射后打到样品(5)上形成第一采样点(8)；
4、激光器(1)发出的激光束进入二维振镜，二维振镜中的x振镜(2)
5、激光器(1)发出的激光束进入二维振镜，二维振镜中的y振镜(3)对激光束的偏转角度进行调制，从二维振镜反射出的第二光束(7)进入特殊抛物面镜(4)；第二光束(7)经特殊抛物面镜(4)反射后将第二光束(7)的转动转变为平行于光轴的平移运动，经特殊抛物面镜(4)反射后打到样品(5)上形成第三采样点(10)；
6、分别使抛物面镜(4)在不同方向上的反射焦点对应于x振镜(2)和y振镜(3)上，分别控制x振镜(2)和y振镜(3)转动的角度来控制光束的扫描范围，以解决x振镜(2)和y振镜(3)位置不同导致扫描图像产生畸变的问题。
7、进一步，所述样品(5)位于x-y面上，特殊抛物面镜(4)将光束角度的转动转化为平移运动，光束垂直入射到样品(5)。
8、进一步，所述特殊抛物面镜(4)在x-z面的表达方程与在y-z面的表达方程不同。
9、进一步，所述特殊抛物面镜(4)在x-z面表达方程的反射焦点位于x振镜(2)上。
10、进一步，所述特殊抛物面镜(4)在y-z面表达方程的反射焦点位于y振镜(3)上。
11、进一步，所述x振镜(2)的扫描范围与振镜偏转角度的对应关系如下：
12、(1)取抛物面的顶点为坐标原点，特殊抛物面镜在x-z面的表达方程为：
13、x2＝2p1z (1)
14、其中，p1为特殊抛物面镜在x-z面抛物线方程系数，z为x-z面内的z变量；
15、特殊抛物面镜的反射焦点位于x振镜的转动轴上，反射焦点的位置坐标为(0,p1/2)；
16、(2)假设x振镜在初始位置时入射光线，及第一采样点的光线轨迹与z轴的夹角为θ，则有：
17、
18、对上式两边取微分：
19、
20、其中，δθ为光束的转动角度，则x振镜转动角度为δθ/2，x0为x振镜的初始位置，θ0为初始光束与z轴的夹角，因此光束在样品x轴方向的扫描范围δx为：
21、
22、同理，取特殊抛物面镜在x-z面的表达方程为y2＝2p2z，p2为特殊抛物面镜在y-z面抛物线方程系数，光束在样品y轴方向的扫描范围δy为：
23、
24、其中，y0为y振镜的初始位置，为初始光束与z轴的夹角，为y振镜转动角度。
25、本专利技术的第二个方面提供一种基于二维振镜-特殊抛物面镜的显微成像系统，包括上述的基于二维振镜-特殊抛物面镜的光束扫描装置、第一4f系统、第二4f系统、分光棱镜(16)、第五双凸透镜(17)、显微物镜(18)、偏振分光棱镜(19)、第二平面反射镜(20)、第六双凸透镜(21)、第七双凸透镜(22)和光电探测器(23)；
26、所述激光器(1)发出的准直光束进入二维振镜，二维振镜对光束的偏转角度进行调制；从二维振镜反射出的光进入第一4f系统，第一4f系统对光经二维振镜后的偏转角度进行了缩小；再经特殊抛物面镜(4)反射后将光束的转动转变为平行于光轴的平移运动，然后光再经第二4f系统平移的距离缩小；从第二4f系统出射的光再经过bs(16)、第五双凸透镜(17)和显微物镜(18)后垂直入射到样品(5)表面对样品进行探测；
27、从样品(5)表面反射回来的光再次经过显微物镜(18)、第五双凸透镜(17)和分光棱镜(16)后经过偏振分光棱镜(19)将光分为p偏振光和s偏振光，s偏振光由第六双凸透镜(21)聚焦后由光电探测器(23)接收，p偏振光经过第二平面反射镜(20)后，由第七双凸透镜(22)聚焦后由光电探测器(23)接收。
28、进一步，所述第一4f系统由第一双凸透镜(11)与第二双凸透镜(12)构成，缩小倍数由第一双凸透镜(11)与第二双凸透镜(12)的焦距决定；
29、所述第二4f系统由第三双凸透镜(14)和第四双凸透镜(15)构成，缩小倍数由第三双凸透镜与第四双凸透镜的焦距决定。
30、进一步，所述x振镜对光束调制的计算过程包括如下步骤：
31、步骤1，对于x振镜，假设第一双凸透镜和第二双凸透镜的焦距分别为f1和f2，振镜转过的角度为α/2，则光线转过的角度为α，经过第一个4f系统后光线转过的角度β满足：
32、f1·tanα＝f2·tanβ (6)
33、特殊抛物面镜在x-z面上的抛物线的反射焦点位于光束与x振镜的入射点上，经过特殊抛物面镜后，光束由角度转动转变为平移运动，平移距离sx为：
34、
35、步骤2，光束再经过由第三双凸透镜和第四双凸透镜组成的第二4f系统后，对光束的平移距离进行了缩小或放大，假设第三双凸透镜和第四双凸透镜的焦距分别为f3和f4，则缩小后的平移距离sx'满足：
36、
37、步骤3，设第五双凸透镜的焦距为f5，显微物镜的等效后焦距为fo，因此最终入射到样品的扫描范围lx与振镜偏转角度α/2的关系为：
38、
39、其中，p1为特殊抛物面镜在x-z面本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于二维振镜-特殊抛物面镜的光束扫描装置，其特征在于：包括激光器(1)、以及沿激光器(1)光路顺次设置的二维振镜、特殊抛物面镜(4)和样品(5)，所述二维振镜由x振镜(2)和y振镜(3)构成；
2.如权利要求1所述的基于二维振镜-特殊抛物面镜的光束扫描装置，其特征在于：所述样品(5)位于x-y面上，特殊抛物面镜(4)将光束角度的转动转化为平移运动，光束垂直入射到样品(5)。
3.如权利要求1所述的基于二维振镜-特殊抛物面镜的光束扫描装置，其特征在于：所述特殊抛物面镜(4)在x-z面的表达方程与在y-z面的表达方程不同。
4.如权利要求1所述的基于二维振镜-特殊抛物面镜的光束扫描装置，其特征在于：所述特殊抛物面镜(4)在x-z面表达方程的反射焦点位于x振镜(2)上。
5.如权利要求1所述的基于二维振镜-特殊抛物面镜的光束扫描装置，其特征在于：所述特殊抛物面镜(4)在y-z面表达方程的反射焦点位于y振镜(3)上。
6.如权利要求1所述的基于二维振镜-特殊抛物面镜的光束扫描装置，其特征在于，所述x振镜的扫描范围与振镜偏转角
7.一种基于二维振镜-特殊抛物面镜的显微成像系统，其特征在于：包括权利要求1-6中任一项所述的基于二维振镜-特殊抛物面镜的光束扫描装置、第一4f系统、第二4f系统、分光棱镜(16)、第五双凸透镜(17)、显微物镜(18)、偏振分光棱镜(19)、第二平面反射镜(20)、第六双凸透镜(21)、第七双凸透镜(22)和光电探测器(23)；
8.如权利要求7所述的一种基于二维振镜-特殊抛物面镜的显微成像系统，其特征在于：所述第一4f系统由第一双凸透镜(11)与第二双凸透镜(12)构成，缩小倍数由第一双凸透镜(11)与第二双凸透镜(12)的焦距决定；
9.如权利要求8所述的一种基于二维振镜-特殊抛物面镜的显微成像系统，其特征在于，所述x振镜对光束调制的计算过程包括如下步骤：
10.如权利要求8所述的一种基于二维振镜-特殊抛物面镜的显微成像系统，其特征在于：所述y振镜对光束调制的计算过程与x振镜一致，根据所需的扫描范围来调整振镜转过的角度，特殊抛物面镜不同方向的反射焦距分别对应于x振镜和y振镜，以实现扫描图像的同时消除二维振镜扫描图像产生的畸变。
...【技术特征摘要】
1.基于二维振镜-特殊抛物面镜的光束扫描装置，其特征在于：包括激光器(1)、以及沿激光器(1)光路顺次设置的二维振镜、特殊抛物面镜(4)和样品(5)，所述二维振镜由x振镜(2)和y振镜(3)构成；
2.如权利要求1所述的基于二维振镜-特殊抛物面镜的光束扫描装置，其特征在于：所述样品(5)位于x-y面上，特殊抛物面镜(4)将光束角度的转动转化为平移运动，光束垂直入射到样品(5)。
3.如权利要求1所述的基于二维振镜-特殊抛物面镜的光束扫描装置，其特征在于：所述特殊抛物面镜(4)在x-z面的表达方程与在y-z面的表达方程不同。
4.如权利要求1所述的基于二维振镜-特殊抛物面镜的光束扫描装置，其特征在于：所述特殊抛物面镜(4)在x-z面表达方程的反射焦点位于x振镜(2)上。
5.如权利要求1所述的基于二维振镜-特殊抛物面镜的光束扫描装置，其特征在于：所述特殊抛物面镜(4)在y-z面表达方程的反射焦点位于y振镜(3)上。
6.如权利要求1所述的基于二维振镜-特殊抛物面镜的光束扫描装置，其特征在于，所述x振镜的扫描范围与振镜偏转角度的对应关...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨勇，苏航，杨帆，王嘉瑞，冯甫，袁小聪，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：
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