[发明专利]一种扫描超声波显微镜自动对焦方法

说明书

技术领域

本发明涉及显微镜自动对焦的方法，尤其涉及一种扫描超声波显微镜自动对焦方法。

背景技术

扫描超声波显微镜因为其无损、可对制定内部层面扫查、辐射小等优点广泛应用于电子芯片、微纳器件的检测，成为无损检测领域内不可替代的设备。大多数扫描超声波显微镜是采用脉冲回波技术工作的，即一个特殊的声学组件(如超声波探头)发射、接收高频短脉冲的声波。在探头内部高频率的电磁振动转化为平面波，通过耦合中介(水或者其他耦合剂)发射到试件。从物体反射回来的声波信号也同时被探头接收，接收到的声波脉冲转化为电磁信号，同步转换成一定灰度值的像素点。要形成一幅图像，探头要在样品上进行逐行扫描。拥有优秀调焦手段的探头装置同时适用于发射和接收信号，通过机械地对样品进行扫描，从而得到相对应的图像数据。

超声波探头按构造可分为直探头、斜探头、带曲率探头、聚焦探头、表面波探头等。聚焦探头的基本作用是使探头发出的超声波在媒质中传播时，形成球面形或圆柱面形的波阵面，最后会聚到离初始波阵面(或探头)一定距离F的声轴上的某一点上。由于聚焦探头具有声束细、声能集中、分辨率高等优点，扫描超声波显微镜通常采用聚焦探头作为声学组件。

超声波显微镜最重要的技术指标为图像的分辨率，而超声波探头的频率大小和聚焦好坏直接决定了图像的分辨率。随着科学技术的飞速发展，超声波探头所能达到的频率越来越高，目前最高超声波探头频率可达到4GHz。相比之下，对焦系统仍然停留在手动对焦，或者半自动对焦阶段，快速性和精确性都远远跟不上探头更新的速度。

传统的扫描超声波显微镜对焦操作方式为：试样水平度调整好后，就可以进行成像。为此，必须选择最佳的散焦位置。这一般是通过观察不同散焦位置上线扫描信号的变化，直到发现有最大的信号强度对应的散焦位置。这位置一般都在负散焦区、信号的平均值为最大值(即在焦点处的信号大小)的一半的地方。同时，成像时应仔细调节显示器的亮度和对比度，选择适当的放大倍数，以最佳的反差和信号强度记录下所感兴趣的材料特征。

国外现有的扫描超声波显微镜系统如SONIX ECHO、KSI SAM400、国内中国电子科技集团公司第四十五研究所SSJ-100扫描超声波显微镜等，虽然所用聚焦探头的分辨率可达到1GHz以上，但是在超声波探头聚焦上仍然采用手动聚焦或者人工半自动聚焦，仍需使用人员经过一定的技术培训才能操作。这种对焦方式精度低、效率差，所以发明一种应用于扫描超声波显微镜的自动对焦方法尤为必要。

发明内容

本发明的目的是为解决上述问题，提供一种扫描超声波显微镜自动对焦方法。

扫描超声波显微镜自动对焦方法的步骤如下：

1)扫描超声波显微镜开机后，超声波探头发射超声波；

2)根据对焦公式Z₃＝(C₂/C₃)(Z₂-l₂)计算出扫描超声波显微镜Z轴电机到达的位置，使Z轴电机运动至到达位置后停止，其中C₂为超声波在耦合介质水中的折射率、C₃为试件中的折射率，Z₂为超声波声束在耦合介质水中的焦斑位置，l₂为耦合介质水的厚度；

3)在扫描超声波显微镜显示的A扫描中，设置门以捕获所需扫描层面回波信号的峰值，设此峰值为V₀，并在寄存器中设置一个标志位flag，flag初始值为0；

4)使扫描超声波显微镜Z轴电机开始沿某一方向微量运动，然后再取所需扫描层面回波信号的峰值V₁，启动一个计数器k，初始值为1；

5)判断标志位flag是否为1，若为是，则自动对焦结束，若为否，则进入下一判断；

6)设V_k和V_k-1分别为扫描超声波显微镜Z轴电机第k次和第k-1次微量运动后捕获的所需扫描层面回波信号的峰值，继续判断V_k是否大于等于V_k-1，若为是，则扫描超声波显微镜Z轴电机继续沿原方向微量运动，若为否，则Z轴电机反向微量运动，再判断计数器k是否大于等于2，若为是，则标志位flag＝1；

7)计数器k加1，然后重复5)、6)步骤直至标志位flag＝1，自动对焦结束。

本发明与现有技术相比具有的有益效果：