[發明專利]基于陣列照明的角譜掃描準共焦微結構測量裝置與方法

有效

• 申請號: 201310355083.1
• 申請日: 2013-08-15
• 公開（公告）號: CN103411559A
• 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;G02B21/00;G02B21/06
• 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.基于陣列照明的角譜掃描準共焦微結構測量裝置，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：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，平行照射到隨載物臺（6）軸向移動的被測微結構樣品表面；

所述的準共焦測量光路包括：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）、二維掃描振鏡（10）、聚焦透鏡（11）、針孔（12）和探測器（13）；隨載物臺（6）軸向移動的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）、二維掃描振鏡（10）、聚焦透鏡（11），成像到針孔（12）位置，并由探測器（13）成像；所述的二維掃描振鏡（10）在其所在平面或與其平行平面內，以相互垂直的兩個方向為轉軸，進行二維轉動；

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所述的基于陣列照明的角譜掃描準共焦微結構測量裝置，其特征在于：所述的LED陣列（1）為水平豎直方向排布或與水平方向成45°和135°兩個方向排布。

3.根據權利要求2所述的基于陣列照明的角譜掃描準共焦微結構測量裝置，其特征在于：所述的LED陣列（1）為等間距排布或不等間距排布。

4.根據權利要求1所述的基于陣列照明的角譜掃描準共焦微結構測量裝置，其特征在于：在二維掃描振鏡（10）背離光束傳播的方向，設置有十字軸或球籠式萬向節。

5.基于陣列照明的角譜掃描準共焦微結構測量方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：

步驟a、將被測微結構樣品的厚度分為N層；

步驟b、設定二維掃描振鏡（10）共有P個空間位置；

所述的步驟a、步驟b的順序可調換；

步驟c、根據LED陣列（1）中的LED數量M，被測微結構樣品的厚度分層N，二維掃描振鏡（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d、定義相同角譜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e、根據P個空間位置點及其軸向坐標，擬合出被測微結構樣品的三維形貌。

6.根據權利要求5所述的基于陣列照明的角譜掃描準共焦微結構測量方法，其特征在于：所述的步驟c具體為：

步驟c1：通過載物臺（6）調整被測微結構樣品，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LED陣列（1）中的M個LED形成對被測微結構樣品的M個角譜照明；

步驟c3：通過調整二維掃描振鏡（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c1、步驟c2、步驟c3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c1、步驟c2、步驟c3；

步驟c1、步驟c3、步驟c2；

步驟c2、步驟c1、步驟c3；

步驟c2、步驟c3、步驟c1；

步驟c3、步驟c1、步驟c2；

步驟c3、步驟c2、步驟c1；

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。