[发明专利]一种基于4Pi显微镜架构的显微镜头与样品锁定系统

权利要求书

1.一种基于4Pi显微镜架构的双显微镜头相对位置以及显微镜头与样品相对位置的锁定系统，包括激光器、第一透镜、第一偏振分束镜、第二偏振分束镜、第一二色镜、上显微镜头、样品台、下显微镜头、第二二色镜、第二透镜、柱面镜、第一CMOS照相机、偏心孔径光阑、第一反射镜、第三透镜、第二反射镜、第二CMOS照相机；待检测样品置于所述样品台上；

其特征在于：

所述激光器发射的光束经过第一透镜的扩束准直后，发射至第一偏振分束镜；

光束中垂直偏振分量继续沿原方向传输，经过第二偏振分束镜出射后被第一二色镜反射进入上显微镜头，被上显微镜头汇聚到样品面；从样品下表面出射后，被下显微镜头收集，之后被第二二色镜反射，经过第二透镜、柱面镜后被第一CMOS相机收集并成像；

光束中水平偏振分量被反射，经过偏心孔径光阑后，形成细光束，之后被第一反射镜反射，经第三透镜会聚到第二反射镜表面，第二反射镜反射后，进入第二偏振分束镜后再次被反射至第一二色镜表面；经过第一二色镜反射后，进入上显微镜头，会聚入射在样品表面，然后被样品表面反射回上显微镜头，再次经过第一二色镜后，被第二偏振分束镜反射到第二反射镜表面；之后通过第三透镜形成平行光束，被第二CMOS相机收集并成像；

还包括控制单元，该控制单元实时读取第一CMOS相机和第二CMOS相机的成像信息，并将该成像信息与预先确定的锁定位置图像信息进行对比计算，根据计算结果对双镜头相对位置以及镜头与样品相对位置进行补偿调整。

2.根据权利要求1所述的基于4Pi显微镜架构的双显微镜头相对位置以及显微镜头与样品相对位置的锁定系统，其特征在于，控制单元通过实时读取第一CMOS相机的成像信息，实现对双镜头相对位置的补偿调整；控制单元通过实时读取第二CMOS相机的成像信息，实现对镜头与样品相对位置进行补偿调整。

3.根据权利要求1所述的基于4Pi显微镜架构的双显微镜头相对位置以及显微镜头与样品相对位置的锁定系统，其特征在于，所述激光器为红外波段激光器，平均输出功率为150μW。

4.根据权利要求3所述的基于4Pi显微镜架构的双显微镜头相对位置以及显微镜头与样品相对位置的锁定系统，其特征在于，所述红外波段激光器的波长为980纳米。

5.根据权利要求1所述的基于4Pi显微镜架构的双显微镜头相对位置以及显微镜头与样品相对位置的锁定系统，其特征在于，经过偏心孔径光阑后的细光束的光束直径为0.2～0.5毫米。

6.根据权利要求1所述的基于4Pi显微镜架构的双显微镜头相对位置以及显微镜头与样品相对位置的锁定系统，其特征在于，所述控制单元采用闭环负反馈控制，其过量补偿参数设置为1.05。

7.根据权利要求1所述的基于4Pi显微镜架构的双显微镜头相对位置以及显微镜头与样品相对位置的锁定系统，其特征在于，上显微镜头和下显微镜头选用UPLSAPO100XS超级复消色差物镜，放大倍率100倍，数值孔径1.35。

8.根据权利要求1所述的基于4Pi显微镜架构的双显微镜头相对位置以及显微镜头与样品相对位置的锁定系统，其特征在于，第一CMOS相机和第二CMOS相机选用DCC1545M型高分辨率黑白CMOS相机，像素为1280×1024。

9.根据权利要求6所述的基于4Pi显微镜架构的双显微镜头相对位置以及显微镜头与样品相对位置的锁定系统，其特征在于，所述闭环负反馈控制公式为：

u(t)＝K(t)·e(t)

其中u(t)为实时输出控制信号；K(t)为所述的过量补偿参数；e(t)为实时聚焦光斑形状与锁定位置聚焦光斑形状差异。