[發(fā)明專利]反斯托克司性質(zhì)熒光隨動針孔微結(jié)構(gòu)角譜掃描測量裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310354510.4
• 申請日: 2013-08-15
• 公開（公告）號: CN103411938A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉儉;譚久彬;王宇航
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務(wù)所(普通合伙) 23209
• 代理人: 張偉

技術(shù)領(lǐng)域

?反斯托克司性質(zhì)熒光隨動針孔微結(jié)構(gòu)角譜掃描測量裝置屬于超精密三維微細(xì)結(jié)構(gòu)表面形貌測量領(lǐng)域，主要涉及一種反斯托克司性質(zhì)熒光隨動針孔微結(jié)構(gòu)角譜掃描測量裝置。

背景技術(shù)

微結(jié)構(gòu)的加工應(yīng)用主要體現(xiàn)在微電子技術(shù)、微系統(tǒng)技術(shù)和微光學(xué)技術(shù)三個方面，如計算機(jī)芯片、生物芯片和微透鏡陣列等典型應(yīng)用。上述技術(shù)其共同特征是具有三維結(jié)構(gòu)、功能結(jié)構(gòu)尺寸在微米、亞微米或納米量級，這種結(jié)構(gòu)的微納米化不僅僅帶來能源與原材料的節(jié)省，更推動了現(xiàn)代科技的進(jìn)步，直接帶動了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。隨著微加工技術(shù)的飛速發(fā)展，能夠?qū)υ擃悩悠愤M(jìn)行快速無損三維檢測的儀器將擁有巨大的應(yīng)用前景。?

美國專利US3013467，第一次公開了一種共焦成像技術(shù)，該發(fā)明通過引入點光源、點照明和點探測三點光學(xué)共軛的共焦成像技術(shù)，獲得了對樣品輪廓的軸向探測能力，配合水平方向載物臺的移動進(jìn)而實現(xiàn)三維測量。中國專利CN1395127A，公開了一種共焦顯微測量系統(tǒng)。該發(fā)明利用共焦技術(shù)，通過在共焦光路中引入干涉光路，獲得高靈敏度的干涉測量信號，實現(xiàn)對樣品軸向的高精度測量。美國專利US6282020B1，公開了一種基于掃描振鏡的共焦顯微系統(tǒng)。該發(fā)明利用共焦原理，通過引入振鏡掃描技術(shù)，獲得了匯聚照明光斑在樣品表面高速移動的能力，實現(xiàn)了快速共焦探測，提高了測量速度。但是上述三種方法都是將平行光束通過顯微物鏡匯聚到樣品表面進(jìn)行照明，當(dāng)進(jìn)行三維樣品測量時，由于樣品自身表面輪廓的高低起伏，對匯聚照明光束進(jìn)行遮擋，會導(dǎo)致某些區(qū)域無法照明或者發(fā)生復(fù)雜反射，進(jìn)而造成探測信號強(qiáng)度的衰減和背景噪聲的增強(qiáng)，使得測量精度降低，甚至無法測量。

中國專利公開號CN1971333A，發(fā)明名稱為采用虛擬針孔的共焦顯微成像系統(tǒng)，公開了一種基于虛擬針孔技術(shù)的共焦顯微成像系統(tǒng)，該發(fā)明利用在CCD采集到的二維數(shù)字圖像上的相應(yīng)位置設(shè)置虛擬針孔，通過計算機(jī)處理得到虛擬針孔內(nèi)的光強(qiáng)信息，從而實現(xiàn)無實物針孔的共焦顯微成像系統(tǒng)，從而具有針孔位置和大小可控，校準(zhǔn)方便的特點。但是該發(fā)明基于基本的共焦點對點成像原理，一次探測只能對樣品上一點進(jìn)行成像，如想對被測樣品的一定區(qū)域進(jìn)行成像，需要外加機(jī)械三維掃描機(jī)構(gòu)，從而導(dǎo)致測量速度難以提高。中國專利CN1632448A，發(fā)明名稱為三維超分辨共焦陣列掃描顯微探測方法及裝置，公開了一種陣列針孔技術(shù)，通過在CCD前引入針孔陣列，實現(xiàn)并行共焦測量。但是該方法需要陣列針孔位置與CCD像素位置精密對準(zhǔn)，從而導(dǎo)致裝調(diào)困難。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明設(shè)計了一種反斯托克司性質(zhì)熒光隨動針孔微結(jié)構(gòu)角譜掃描測量裝置；該裝置不僅可以避免現(xiàn)有會聚光束照明技術(shù)導(dǎo)致的某些區(qū)域無法照明或復(fù)雜反射的問題，有效解決探測信號強(qiáng)度衰減和背景噪聲增強(qiáng)，造成的測量精度降低，甚至無法測量的問題，而且可以實現(xiàn)每個CCD相機(jī)像素前均有對應(yīng)的熒光針孔存在，從而使得熒光隨動針孔與CCD相機(jī)像素之間無需進(jìn)行精密裝調(diào)，同時使入射光束被熒光物質(zhì)吸收后，發(fā)出比入射光束波長更短的光束，進(jìn)而可以使用具有一定穿透能力的近紅外激光器，近紅外光被熒光物質(zhì)吸收后，發(fā)出可見光，采用可見光波段的CCD相機(jī)，使得CCD相機(jī)具有更廣泛的選擇。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

反斯托克司性質(zhì)熒光隨動針孔微結(jié)構(gòu)角譜掃描測量裝置，包括激光器、第一掃描振鏡、第二掃描振鏡、掃描透鏡、第一光闌、第一成像透鏡、分光鏡、第二光闌、顯微物鏡、掃描載物臺、管鏡、熒光隨動針孔、第二成像透鏡、窄帶濾光片和CCD相機(jī)；從激光器發(fā)出的光束經(jīng)過第一掃描振鏡和第二掃描振鏡反射后，依次經(jīng)過掃描透鏡、第一光闌、第一成像透鏡、分光鏡、第二光闌、顯微物鏡照射到隨掃描載物臺軸向運(yùn)動的被測微結(jié)構(gòu)樣品表面，構(gòu)成角譜掃描照明光路；從被測微結(jié)構(gòu)樣品表面漫反射的光束再次經(jīng)過顯微物鏡、第二光闌，并由分光鏡反射，經(jīng)管鏡會聚到熒光隨動針孔，激發(fā)出的熒光被第二成像透鏡和窄帶濾光片成像到CCD相機(jī)，構(gòu)成熒光隨動針孔探測光路；第一掃描振鏡和第二掃描振鏡的轉(zhuǎn)軸相互垂直，掃描透鏡的后焦平面與第一成像透鏡的物平面重合于第一光闌所在平面；第一成像透鏡的像平面與顯微物鏡的后焦平面重合于第二光闌所在平面；管鏡的前焦平面與第二成像透鏡的物平面重合于熒光隨動針孔所在平面。CCD相機(jī)位于第二成像透鏡像平面，濾光片放置于熒光隨動針孔和CCD相機(jī)之間；所述的熒光隨動針孔為均勻鍍有具有反斯托克司性質(zhì)的熒光物質(zhì)的透明薄基底材料。

上述反斯托克司性質(zhì)熒光隨動針孔微結(jié)構(gòu)角譜掃描測量裝置，所述的透明薄基底材料為厚度不超過0.17mm的玻璃，上下表面平行且進(jìn)行剖光處理。