[發(fā)明專利]基于可編程照明的干涉顯微鏡系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410199476.2
• 申請日: 2014-05-12
• 公開（公告）號: CN103983206A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 萬新軍;朱偉超;楊波
• 申請（專利權(quán)）人: 上海理工大學(xué)
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B9/023
• 代理公司: 上海三和萬國知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31230
• 代理人: 陳偉勇

1.基于可編程照明的干涉顯微鏡系統(tǒng)，包括一照明光源、一照明模塊，所述照明光源通過所述照明模塊得到準直均勻的光線；其特征在于，還包括一數(shù)字微鏡裝置作為照明光調(diào)制器，所述數(shù)字微鏡裝置包含有數(shù)字微鏡陣列，所述每個數(shù)字微鏡設(shè)有n°和-n°兩個偏轉(zhuǎn)角狀態(tài)；?

所得到的準直均勻的光線通過TIR棱鏡的折反射將以2n°入射到數(shù)字微鏡裝置，接著控制各所述微反射鏡的“開”或者“關(guān)”的狀態(tài)，使光線得到相應(yīng)的空間調(diào)制，然后從數(shù)字微鏡裝置垂直出射；?

之后通過分光棱鏡的反射使光路進入Mirau干涉物鏡，在Mirau干涉物鏡中經(jīng)過分束器形成兩束光，這兩束光分別照射到參考平面和被測平面后反射回來，并且在分束器形成光學(xué)干涉；然后被測物的干涉光場從干涉物鏡中返回；之后再次通過分光棱鏡，經(jīng)過筒鏡后被探測器接收，得到干涉顯微鏡的干涉圖像。?

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可編程照明的干涉顯微鏡系統(tǒng)，其特征在于，通過計算機控制各微反射鏡的“開”或者“關(guān)”的狀態(tài)，從而控制顯微鏡樣品的照明；?

處于投影狀態(tài)的微反射鏡被示為“開”，并隨數(shù)字信號而傾斜+n°；如果微反射鏡處于非投影狀態(tài)，則被示為“關(guān)”，并傾斜-n°；?

與此同時，“開”狀態(tài)下被反射出去的入射光通過干涉物鏡照射到對應(yīng)的待測樣品表面上；而“關(guān)”狀態(tài)下反射在微鏡片上的入射光被光吸收器吸收。?

3.基于可編程照明的干涉顯微鏡系統(tǒng)，包括一照明光源、一照明模塊，所述照明光源通過所述照明模塊得到準直均勻的光線；其特征在于，還包括一硅基液晶作為照明光調(diào)制器，所得到的準直均勻的光線經(jīng)過偏振分光棱鏡反射到硅基液晶中；?

控制每個像素下的液晶，調(diào)制進入的光線，使光線得到相應(yīng)的空間調(diào)制并通過底部的硅芯片反射出去，透過偏振分光棱鏡；?

之后通過分光棱鏡的反射使光路進入Mirau干涉物鏡，在Mirau干涉物鏡中經(jīng)過分束器形成兩束光，這兩束光分別照射到參考平面和被測平面后反射回來，并且在分束器形成光學(xué)干涉；然后被測物的干涉光場從干涉物鏡中?返回；之后再次通過分光棱鏡，經(jīng)過筒鏡后被探測器接收，得到干涉顯微鏡的干涉圖像。?

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于可編程照明的干涉顯微鏡系統(tǒng)，其特征在于，硅基液晶以光調(diào)制來控制顯微鏡樣品的照明；?

液晶經(jīng)外部信號調(diào)制，處于顯示亮態(tài)時，經(jīng)偏振分光棱鏡透射后，可以通過干涉物鏡照射到對應(yīng)的待測樣品表面；?

處于顯示暗電平時，就不能照射到待測樣品表面。?

5.基于可編程照明的干涉顯微鏡系統(tǒng)，包括一照明光源、一照明模塊，所述照明光源通過所述照明模塊得到準直均勻的光線；其特征在于，還包括一透射式液晶屏作為照明光調(diào)制器，所得到的準直均勻的光線經(jīng)過液晶屏后透射；?

控制每個像素下的液晶，調(diào)制進入的光線，使光線得到相應(yīng)的空間調(diào)制；?

之后通過分光棱鏡的折射使光路進入Mirau干涉物鏡，在Mirau干涉物鏡中經(jīng)過分束器形成兩束光，這兩束光分別照射到參考平面和被測平面后反射回來，并且在分束器形成光學(xué)干涉；然后被測物的干涉光場從干涉物鏡中返回；之后再次通過分光棱鏡，經(jīng)過筒鏡后被探測器接收，得到干涉顯微鏡的干涉圖像。?

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于可編程照明的干涉顯微鏡系統(tǒng)，其特征在于，液晶屏中的每個像素由以下幾個部分構(gòu)成：懸浮于兩個透明電極間的一列液晶分子層，兩邊外側(cè)有兩個偏振方向互相垂直的偏振過濾片；?

當液晶對光線沒有偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)時，光通過其中一個偏振過濾片其偏振方向?qū)⒑偷诙€偏振片完全垂直，因此被完全阻擋了；?

當光線偏振方向被液晶旋轉(zhuǎn)時，通過一個偏振過濾片的光可以通過第二個偏振過濾片；?

每個像素的液晶對光線偏振方向的旋轉(zhuǎn)效應(yīng)通過電場控制，從而實現(xiàn)對光的控制。?

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項所述的基于可編程照明的干涉顯微鏡系統(tǒng)，其特征在于，通過分析得到的干涉光場圖像，應(yīng)用相應(yīng)相位計算算法，就可以得到被測面的微結(jié)構(gòu)高度；?

相應(yīng)的相位算法為：?

根據(jù)探測器探測到的初始樣品圖像的灰度分布，對照明光調(diào)制器進行編程，調(diào)制照明光場的亮度分布，使得整幅樣品圖像亮度基本均勻；?

在此基礎(chǔ)上，探測器上每一個像素得到的光強數(shù)值可以表示為公式：?

I(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ(x,y)+θ]???(1)?

式中，各變量的含義為：A是背景光強，B是調(diào)制度，φ(x,y)是干涉系統(tǒng)中參考光和物光的相位差,也就是干涉光的相位值,與被測面形有關(guān)；θ是參考面通過移相器運動對應(yīng)的相移值；?

通過移相器進行N步相移(N≥3),探測器得到如公式(1)描述的N幅圖像，可以求解最終的相位值，可寫為：?

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