[發明專利]基于線陣角譜照明的準共焦環形微結構測量裝置與方法

有效

• 申請號: 201310354894.X
• 申請日: 2013-08-15
• 公開（公告）號: CN103411556A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 劉儉;譚久彬;王宇航
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務所(普通合伙) 23209
• 代理人: 張偉

1.基于線陣角譜照明的準共焦環形微結構測量裝置，其特征在于：包括角譜掃描照明光路和準共焦測量光路；

所述的角譜掃描照明光路包括：線陣LED陣列（1）、成像透鏡（2）、分光棱鏡（3）、第一光闌（4）和顯微物鏡（5）；從線陣LED陣列（1）發出的光束依次經過成像透鏡（2）、分光棱鏡（3）、顯微物鏡（5）后，平行照射到隨三自由度載物臺（6）軸向移動的圓對稱被測微結構樣品表面；所述的三自由度載物臺（6）沿笛卡爾坐標系的三個坐標軸移動，其中，z軸為光軸方向；

所述的準共焦測量光路包括：三自由度載物臺（6）、顯微物鏡（5）、第一光闌（4）、分光棱鏡（3）、管鏡（7）、第二光闌（8）、掃描透鏡（9）、一維掃描振鏡（10）、聚焦透鏡（11）、針孔（12）和探測器（13）；隨三自由度載物臺（6）軸向移動的圓對稱被測微結構樣品表面反射的光束依次經過顯微物鏡（5）、第一光闌（4）、分光棱鏡（3）、管鏡（7）、第二光闌（8）、掃描透鏡（9）、一維掃描振鏡（10）、聚焦透鏡（11），成像到針孔（12）位置，并由探測器（13）成像；所述的一維掃描振鏡（10）以與光軸所在平面垂直的方向為轉軸轉動；

所述的角譜掃描照明光路和準共焦測量光路共用分光棱鏡（3）、第一光闌（4）和顯微物鏡（5）；

所述的線陣LED陣列（1）位于成像透鏡（2）的物平面，成像透鏡（2）的像平面與顯微物鏡（5）的后焦平面重合于第一光闌（4）所在平面；管鏡（7）的前焦平面與掃描透鏡（9）的后焦平面重合于第二光闌（8）所在平面；針孔（12）位于聚焦透鏡（11）的前焦平面，與探測器（13）緊貼。

2.根據權利要求1所述的基于線陣角譜照明的準共焦環形微結構測量裝置，其特征在于：所述的線陣LED陣列（1）相鄰兩個LED之間的距離相同或不相同。

3.根據權利要求1所述的基于線陣角譜照明的準共焦環形微結構測量裝置，其特征在于：在一維掃描振鏡（10）背離光束傳播方向，設置有轉軸。

4.基于線陣角譜照明的準共焦環形微結構測量方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：

步驟a、將圓對稱被測微結構樣品的厚度分為N層；

步驟b、設定一維掃描振鏡（10）共有P個空間位置；

步驟c、調整三自由度載物臺（6），使圓對稱被測微結構樣品中心位于光軸上；

所述的步驟a、步驟b、步驟c的順序可調換；

步驟d、根據線陣LED陣列（1）中的LED數量M，圓對稱被測微結構樣品的厚度分層N，一維掃描振鏡（10）的空間位置P，形成M×N張角譜照明圖像，每張角譜照明圖像像素個數為P；

步驟e、定義相同角譜照明下的不同層之間的角譜照明圖像為層析圖像，對比相同空間位置在M個角譜照明下的層析圖像之間的軸向包絡曲線，挑選出最接近sinc函數四次方的包絡曲線，根據共焦三維測量原理，判斷P個空間位置點的軸向坐標；

步驟f、根據P個空間位置點及其軸向坐標，采用圓規作圖方法擬合出圓對稱被測微結構樣品的三維形貌。

5.根據權利要求4所述的基于線陣角譜照明的準共焦環形微結構測量方法，其特征在于：所述的步驟d具體為：

步驟d1：通過三自由度載物臺（6）調整圓對稱被測微結構樣品，使N層中的每一層依次置于顯微物鏡（5）的前焦平面；

步驟d2：通過依次點亮線陣LED陣列（1）中的M個LED，形成對圓對稱被測微結構樣品的M個角譜照明；

步驟d3：通過調整一維掃描振鏡（10）的P個空間位置，實現探測器（13）對照明圖像的采集；

所述步驟d1、步驟d2、步驟d3形成三重循環，從外到內的循環順序依次為以下順序中的一個：

步驟d1、步驟d2、步驟d3；

步驟d1、步驟d3、步驟d2；

步驟d2、步驟d1、步驟d3；

步驟d2、步驟d3、步驟d1；

步驟d3、步驟d1、步驟d2；

步驟d3、步驟d2、步驟d1；

最終形成M×N張角譜照明圖像，每張角譜照明圖像像素個數為P。