本发明涉及微纳结构图形试样的高速跟踪领域，是一种基于象散法离焦检测的新型跟踪控制的新方法，可用于微纳结构图形试样成像时的高速跟踪。
背景技术：
微纳结构的光学器件，能否满足设计参数主要受微纳结构的影响，因此微纳结构图形试样成像的检测至关重要。历史级的文献资料如古籍字画、古典名著、档案资料等进行微纳级原貌保存时，能否快速读取这类微纳级的图像及文本信息，决定了这种保存方式的效率。然而在检测或读取微纳级的结构时，需要使用高倍物镜，这类物镜的视野与景深小，在移动检测或读取时易发生离焦，使得采集的图像模糊，无法分辨具体结构内容。因此微纳结构图形试样成像时的高速自动跟踪意义重大。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服了现有象散法自动跟踪技术在跟踪微纳结构图形时的不稳定问题，在实时跟踪前判断当前位置是处于图形区域或非图形区域。提供了一种微纳结构图形试样成像时的高速跟踪方法。
本发明的技术解决方案如下：
微纳结构图形试样的高速跟踪装置,包括计算机、照明成像模块、二向色棱镜、调焦机构、压电陶瓷、物镜、待跟踪微纳结构图形试样、工件台、探测器、象散模块、分光模块、扩束镜、激光器和控制器。将待跟踪微纳结构图形试样放置于工件台上，通过调焦机构的上下移动，使得待跟踪微纳结构图形试样的表面在照明成像模块清晰成像。调节扩束镜，使得激光器发出的激光聚焦在待跟踪微纳结构图形试样的表面，同步控制工件台与控制器，完成待跟踪微纳结构图形试样的运动与跟踪。计算机与照明与成像模块中的ccd、工件台、控制器实时通信。本发明微纳结构图形试样的高速跟踪方法可以高速、高精度、高灵敏度的对微纳结构图形试样进行自动跟踪，保证微纳结构图形清晰成像，为后续的读取与检测提供保证。
为达到上述目的，本发明的步骤如下：
a)将曝光有微纳图形的试样显影后作为微纳结构图形试样；
b)将微纳结构图形试样放置于工件台上，通过调焦机构使微纳结构图形试样的表面在照明成像模块中清晰成像，并设为焦点；
c)控制激光器，将激光器功率调到p；
d)调节扩束镜，使得激光器发出的激光聚焦于微纳结构图形试样的表面；
e)探测器探测到四个象限的光强信号，利用转化器将其转为四路电压信号v1、v2、v3、v4，定义总能量信号t与离焦信号fes。利用离焦信号fes实时计算微纳结构图形试样与焦点的距离，公式如下：
t＝v1 v2 v3 v4
f)将微纳结构图形试样按刻写面积占比进行分类：以刻写面积大于等于50％，作为第一类密集型微纳结构图形试样，以刻写面积小于50％，作为第二类稀疏型微纳结构图形试样；
g)通过观察照明成像模块中的图像，首先控制工件台在图形区域内遍历运动，记录探测器在图形区域的总能量信号t1∈[mint1,maxt1]，然后控制工件台在非图形区域内遍历运动，记录探测器在非图形区域的总能量信号t2∈[mint2,maxt2]，完成图形区域总能量信号与非图形区域总能量信号标定；
h)对于第一类密集型微纳结构图形试样：首先，采集总能量信号t；然后，当采集到的总能量信号t≥mint1时根据离焦信号fes控制压电陶瓷实时自动跟踪，否则不执行任何操作；
对于第二类稀疏型微纳结构图形试样：采集总能量信号t；然后，当采集到的总能量信号t≤maxt2时根据离焦信号fes控制压电陶瓷实时自动跟踪，否则不执行任何操作；
i)通过计算机同时控制照明成像模块对微纳结构图形试样进行采集图像与工件台运动同步；
j)根据照明成像模块采集到的图像进行读取与检测。
与现有技术相比，本发明的技术效果如下：
1)解决了传统象散法自动跟踪方法在跟踪反射率不同的微纳结构图形试样的不稳定问题；
2)利用采集到的总能量信号，判断当前位置是图形区域或非图形区域；
3)采用基于象散法的离焦检测与压电陶瓷跟踪执行机构，跟踪精度高、跟踪灵敏度高。
附图说明
图1本发明微纳结构图形试样的高速跟踪装置示意图；
图2显影后，微纳图形结构的光学器件与文本图像示意图；
图3显影后，试样的图形区域与非图形区域示意图；
图4密集型微纳结构图形试样与稀疏型微纳结构图形试样示意图；
图5本发明用于密集型微纳结构的高速跟踪控制策略图；
图6本发明用于稀疏型微纳结构的高速跟踪控制策略图。
具体实施方式
下面通过实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示，微纳结构图形试样成像的高速跟踪方法,包括计算机1、照明成像模块2、二向色棱镜3、调焦机构4、压电陶瓷5、物镜6、待跟踪微纳结构图形试样7、工件台8、探测器9、象散模块10、分光模块11、扩束镜12、激光器13和控制器14。将待跟踪微纳结构图形试样7放置于工件台8上，通过调焦机构4的上下移动，使得待跟踪微纳结构图形试样7的表面在照明成像模块2清晰成像，并设为焦点。调节扩束镜12，使得激光器13发出的激光聚焦在待跟踪微纳结构图形试样7的表面，同步控制工件台8与控制器14，控制器14根据探测器探测到的电压信号控制压电陶瓷5进行实时自动跟踪，待跟踪微纳结构图形试样7置于工件台8进行平面运动。
微纳结构图形试样的高速跟踪方法，包括以下步骤：
a)将曝光图形显影后的作为微纳结构图形试样7。
b)将微纳结构图形试样7放置于工件台8上，通过调焦机构4使微纳结构图形试样7的表面在照明成像模块2中清晰成像，并设为焦点。
c)控制激光器13，将激光器功率调到p＝70mw。
d)调节扩束镜12，使得激光器13发出的波长λ＝658nm激光聚焦于微纳结构图形试样7的表面。
e)探测器9探测到四个象限的光强信号，利用转化器将其转为四路电压信号v1、v2、v3、v4，定义总能量信号t与离焦信号fes。利用离焦信号fes实时计算微纳结构图形试样7与焦点的距离，公式如下：
t＝v1 v2 v3 v4
f)将微纳结构图形试样7按刻写面积占比进行分类：以刻写面积大于等于50％，作为第一类密集型微纳结构图形试样，以刻写面积小于50％，作为第二类稀疏型微纳结构图形试样。
g)通过观察照明成像模块2中的图像，首先控制工件台8在图形区域内遍历运动，记录探测器9在图形区域的总能量信号t1∈[0.6,0.4]，然后控制工件台8在非图形区域内遍历运动，记录探测器9在非图形区域的总能量信号t2∈[0.2,0.1]，完成图形区域总能量信号与非图形区域总能量信号标定。
h)对于第一类密集型微纳结构图形试样：首先，采集总能量信号t；然后，当采集到的总能量信号t≥0.4时根据离焦信号fes控制压电陶瓷实时自动跟踪，否则不执行任何操作；对于第二类稀疏型微纳结构图形试样：采集总能量信号t；然后，当采集到的总能量信号t≤0.2时根据离焦信号fes控制压电陶瓷实时自动跟踪，否则不执行任何操作。
i)通过计算机1同时控制照明成像模块2对微纳结构图形试样进行采集图像与工件台8运动同步。
j)根据照明成像模块2采集到的图像进行微纳结构的读取与检测。
1.微纳结构图形试样的高速跟踪方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
a)将微纳结构图形显影后，作为微纳结构图形试样(7)；
b)将微纳结构图形试样(7)放置于工件台(8)上，通过调焦机构(4)使微纳结构图形试样(7)的表面在照明成像模块(2)中清晰成像，并设为焦点；将激光器(13)功率调到p；调节扩束镜(12)，使得激光器(13)发出的激光聚焦于微纳结构图形试样(7)的表面，实时计算微纳结构图形试样(7)的表面与焦点的距离；
c)将微纳结构图形试样(7)按刻写面积占比进行分类：以刻写面积大于等于50％，作为第一类密集型微纳结构图形试样，以刻写面积小于50％，作为第二类稀疏型微纳结构图形试样；
d)通过观察照明成像模块(2)中的图像，首先控制工件台(8)在图形区域内遍历运动，采集探测器(9)在图形区域总能量信号t1∈[mint1,maxt1]，然后控制工件台(8)在非图形区域内遍历运动，采集探测器(9)在非图形区域总能量信号t2∈[mint2,maxt2]，完成图形区域总能量信号与非图形区域总能量信号标定；
e)对于第一类密集型微纳结构图形试样：首先，采集总能量信号t；然后，当采集到的总能量信号t≥mint1时根据离焦信号fes控制压电陶瓷实时自动跟踪，否则不执行任何操作；
对于第二类稀疏型微纳结构图形试样：采集总能量信号t；然后，当采集到的总能量信号t≤maxt2时根据离焦信号fes控制压电陶瓷实时自动跟踪，否则不执行任何操作；
f)通过计算机(1)发送指令到控制器(14)，根据探测器(9)的电压信号进行自动跟踪，同时控制照明成像模块(2)对微纳结构图形试样进行采集图像与工件台(8)同步运动，根据照明成像模块(2)采集到的图像进行读取与检测。
2.根据权利要求1所述的微纳结构图形试样的高速跟踪方法，其特征在于，所述的微纳结构图形试样(7)包含具有光学对比度的图形区域与非图形区域，且图形区域的反射率大于非图形区域的反射率。
技术总结