[發明專利]一種角譜掃描照明陣列式共焦環形微結構測量裝置與方法

有效

• 申請號: 201310354895.4
• 申請日: 2013-08-15
• 公開（公告）號: CN103438825A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 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

1.一種角譜掃描照明陣列式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：同心圓環光源（1）、成像透鏡（2）、分光棱鏡（3）、光闌（4）和顯微物鏡（5）；從同心圓環光源（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）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）、光闌（4）、分光棱鏡（3）、管鏡（7）、針孔陣列（8）和圖像傳感器（9）；隨三自由度載物臺（6）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）、光闌（4）、分光棱鏡（3）、管鏡（7），成像到針孔陣列（8）位置，并由圖像傳感器（9）成像；

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）、光闌（4）和顯微物鏡（5）；

所述的同心圓環光源（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）的后焦平面重合于光闌（4）所在平面；管鏡（7）的前焦平面位于針孔陣列（8）所在平面；針孔陣列（8）與圖像傳感器（9）像元緊貼，針孔陣列（8）上的針孔與圖像傳感器（9）的像元數量相同、位置前后對應。

2.根據權利要求1所述的一種角譜掃描照明陣列式共焦環形微結構測量裝置，其特征在于：所述的同心圓環光源（1）為LED陣列。

3.根據權利要求2所述的一種角譜掃描照明陣列式共焦環形微結構測量裝置，其特征在于：所述的同心圓環光源（1）相鄰兩個圓環的半徑差為常數或不為常數。

4.一種角譜掃描照明陣列式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、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的順序可調換；

步驟c、根據同心圓環光源（1）中的同心圓環數量M，圓對稱被測微結構樣品的厚度分層N，形成M×N張角譜照明圖像；

步驟d、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，對比相同像素在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，判斷所有像素的軸向坐標；

步驟e、根據所有像素及其軸向坐標，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所述的一種角譜掃描照明陣列式共焦環形微結構測量方法，其特征在于：所述的步驟c具體為：

步驟c1：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c2：通過依次點亮同心圓環光源（1）中的M個圓環，形成對圓對稱被測微結構樣品的M個角譜照明；

所述步驟c1、步驟c2形成二重循環，從外到內的循環順序依次為以下順序中的一個：

步驟c1、步驟c2；

步驟c2、步驟c1；

最終形成M×N張角譜照明圖像。